本发明专利技术公开了一种可控相磷化镍粉末材料及其制备方法，以及用所述可控相磷化镍粉末材料制备的电极，制备方法步骤如下：S1、制备球形多孔金属镍粉末；S2、将红磷粉末研磨均匀；S3、将球形多孔金属镍粉末与红磷粉末按照摩尔比Ni：P＝1/5～1/6进行混合，研磨并加入分散剂混合均匀，充分真空干燥处理后得到镍磷混合粉末；S4、将镍磷混合粉末置于管式炉中，在惰性气体气氛保护下，以升温速率5～20℃/min程序升温至590～610℃，然后保温30～120min，随后随炉冷却至室温，即得。该制备方法反应条件温和，操作简便，对环境友好，反应时间较短，可制备具有良好催化性能的双相Ni5P4/Ni2P粉末材料，具有很好的工业应用前景。
A Controllable Phase Nickel Phosphide Powder Material and Its Preparation Method and Composed Electrode
【技术实现步骤摘要】
一种可控相磷化镍粉末材料及其制备方法和构成的电极
本专利技术涉及一种可控相磷化镍粉末材料及其制备方法和构成的电极，属于过渡金属化合物材料领域。
技术介绍
过渡金属磷化物是继过渡金属碳化物与过渡金属氮化物之后出现的一类化合物，它是由过渡金属元素(如:W、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等)与磷元素(P)形成的具有多相态的过渡金属化合物材料。该类化合物具有良好的导电性以及化学稳定性。因此，被广泛应用于烃类脱氧反应、电解水反应、光催化析氢反应、加氢脱硫反应等。在电解水制氢过程中，大规模制氢的关键是高效且廉价的催化剂。高效的析氢电极材料应具有导电性好、比表面积大、析氢过电位低、电催化活性高、电化学稳定性好以及抗腐蚀性强等特点。众所周知，铂基材料是最高效的产氢催化剂，钌基/铱基材料是最高效的析氧催化剂，但是因贵金属基材料的稀缺性和高成本，严重地限制了其广泛应用。因此，寻找可替代贵金属基的催化剂成为了研究重点。过渡金属具有储量丰富、成本低廉等特点。经相关研究表明，过渡金属磷化物在电解水催化方面表现出良好的应用潜力。因此，寻求一种过渡金属磷化物来替代贵金属催化剂具有重要的理论意义和潜在的应用前景，是催化材料领域重要的前沿课题之一。过渡金属磷化物中应用最为广泛的是磷化镍化合物材料。由于镍元素和磷元素不同化学计量比使得磷化镍成为具有研究价值的活性催化剂。许多研究表明，纳米材料的形貌、结构、尺寸、相态等因素对其性能有着直接的影响，而相态是影响电催化性能的重要因素。因此，研究磷化镍的可控相及其电催化性能对于析氢反应非常重要。当前可控合成磷化镍晶相的主要方法包括：溶剂热法，金属有机磷化法和固相反应法。溶剂热法具有原料价格低廉，晶体纯度高，晶体成长完整，避免有毒物质挥发泄漏等优点，但在反应时颗粒易发生聚集。金属有机磷化法的产品大多数为单分散的，活性位点更多，但原料价格昂贵导致产品成本更高。固相法工艺简单，但是其反应条件不易控制，得到的晶体尺寸较大，易聚集。因此，探索具有简单普适的合成方法，通过控制磷化镍的化学计量比来实现其可控相合成，并研究其不同的催化性能具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的第一专利技术目的是提供一种可控相磷化镍粉末材料及其制备方法。该制备方法反应条件温和，操作简便，对环境友好，反应时间较短，可制备具有良好催化性能的双相Ni5P4/Ni2P粉末材料，具有很好的工业应用前景。本专利技术实现其第一专利技术目的所采取的技术方案是：一种可控相磷化镍粉末材料的制备方法，其步骤如下：S1、制备平均粒径范围为10～100μm，平均比表面积为40～78m2/g，平均孔径分布为29.63～30.12nm的球形多孔金属镍粉末，并将制备的球形多孔金属镍粉末用蒸馏水反复洗涤后烘干；S2、将红磷粉末研磨均匀；S3、将步骤S1制备的球形多孔金属镍粉末与步骤S2研磨后的红磷粉末按照摩尔比Ni：P＝1/5～1/6进行混合，研磨并加入分散剂混合均匀，充分真空干燥处理后得到镍磷混合粉末；S4、将步骤S3得到镍磷混合粉末置于管式炉中，在惰性气体气氛保护下，以升温速率5～20℃/min程序升温至590～610℃，然后保温30～120min，随后随炉冷却至室温，关闭管式炉并取出样品，即得。上述技术方案的原理是：通过步骤S1-S3使得球形多孔金属镍粉末与红磷粉末充分混合，在惰性气氛条件和一定的温度下，在管式炉中液态或气态的红磷在多孔金属镍粉末表面反应，得到松散结构的镍磷化合物颗粒，同时液态或气态红磷继续进入松散的镍磷化合物颗粒内部，继续与镍核反应形成镍磷化合物。控制磷化处理参数决定了制备金属间化合物粉末材料的成分、冶金结合程度、活性位点以及用于电解水反应的催化效率，通过控制镍与磷的摩尔比和反应温度等参数，可使得镍与磷充分发生反应制备出双相Ni5P4/Ni2P粉末材料，反应效率高，且制备的可控相磷化镍粉末致密性良好，形貌特征为堆积的纳米球，稳定性好，可用于制备高活性、高导电的析氢电催化材料。与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：一、采用具有极高的表面积的球形多孔金属镍粉末作为镍源，球形多孔金属镍粉末中的每个微小颗粒都是一个立体多孔结构，这种多孔结构使得它的表面积大大增加，极大的表面积带来的是很高的催化活性，这就使得其与红磷粉末反应后得到的磷化镍材料催化活性大大增加。二、采用具有极高的表面积的球形多孔金属镍粉末作为镍源，以无毒的红磷为磷源，先将两个粉末状材料充分研磨粉末，采用简单的一步高温合成法，通过控制磷镍比、反应温度和加热时间可以发生原位反应制备结构稳定的双相Ni5P4/Ni2P粉末材料。Ni5P4和Ni2P物相之间的协同效应有助于提高其催化活性。三、上述制备方法是两个粉状材料的反应，接触面积大，磷源与镍源反应充分，烧结相结构稳定，作为析氢催化剂暴露的活性位点多，有利于析氢效率的提高。四、该方法原材料成本低、无毒、无污染，反应条件温和，反应效率高，操作简便，对环境友好，反应时间较短，适合批量生产。整个反应在惰性气氛下进行，所制备的双相磷化镍(Ni5P4/Ni2P)粉末材料不易被污染，并在电解水应用中可表现出较好的催化性能，价廉易得，易于回收，具有很好的工业应用前景。进一步，本专利技术所述步骤S1球形多孔金属镍粉末的制备方法如下：s11、通过气体雾化方法制备NiAl球形金属粉末，所制备的NiAl球形金属粉末中Ni元素和Al元素的重量配比为Ni∶Al＝38～50：50～62；s12、对气体雾化方法制备的NiAl球形金属粉末进行粒度筛分，取粒度为10～100μm的NiAl球形金属粉末；s13、将步骤s12筛选后的NiAl球形金属粉末加入碱溶液中，充分搅拌腐蚀去除NiAl球形金属粉末中的Al元素，腐蚀结束后过滤掉碱溶液，即得到球形多孔金属镍粉末；s14、将步骤s13中过滤掉碱溶液后的球形多孔金属镍粉末用蒸馏水洗涤至中性后进行烘干，即得。上述制备方法首先通过气体雾化方法制备粒径均匀、球形度高且稳定的NiAl球形金属粉末，然后经过碱溶液腐蚀将NiAl球形金属粉末的铝腐蚀掉，从而得到球形多孔金属镍粉末。上述雾化方法制备NiAl球形金属粉末的具体方法是：将金属Ni和金属Al按重量Ni∶Al＝38～50：50～62进行配比，在真空状态下熔炼，待金属全部熔化为金属液，充入氩气进行雾化，通过孔径为4.5mm～6mm的雾化喷嘴对金属液滴连续持续雾化，雾化过程中维持熔炼室和雾化室之间1.8MPa～2.5MPa的工作压力差。进一步，本专利技术所述步骤S3所采用的分散剂为无水乙醇。进一步，本专利技术所述步骤S3球形多孔金属镍粉末与红磷粉末的摩尔比为Ni：P＝1/5.6。进一步，本专利技术所述步骤S4惰性气体气氛保护的具体方法是：将步骤S3得到镍磷混合粉末置于管式炉中后，关闭管式炉通道并使用惰性气体对管式炉内腔清洗处理10～40min，随后在管式炉内腔充满惰性气体。进一步，本专利技术所述步骤S4将步骤S3得到镍磷混合粉末置于管式炉中，在惰性气体气氛保护下，以升温速率10℃/min程序升温至600℃，然后保温60min。本专利技术实现其第一专利技术目的还提供了一种通过以上方法制备的可控相磷化镍粉末材料。上述方法制备的可控相磷化镍粉末致密性良好，形貌特征为堆积的纳米球，晶相组成的化学式为Ni5P4和Ni2P，力学强度高，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可控相磷化镍粉末材料的制备方法，其步骤如下：S1、制备平均粒径范围为10～100μm，平均比表面积为40～78m
【技术特征摘要】
1.一种可控相磷化镍粉末材料的制备方法，其步骤如下：S1、制备平均粒径范围为10～100μm，平均比表面积为40～78m2/g，平均孔径分布为29.63～30.12nm的球形多孔金属镍粉末，并将制备的球形多孔金属镍粉末用蒸馏水反复洗涤后烘干；S2、将红磷粉末研磨均匀；S3、将步骤S1制备的球形多孔金属镍粉末与步骤S2研磨后的赤磷粉末按照摩尔比Ni：P＝1/5～1/6进行混合，研磨并加入分散剂混合均匀，充分真空干燥处理后得到镍磷混合粉末；S4、将步骤S3得到镍磷混粉末置于管式炉中，在惰性气体气氛保护下，以升温速率5～20℃/min升温至590～610℃，然后保温30～120min，然后随炉冷却至室温，关闭管式炉并取出样品，即得。2.根据权利要求1所述的一种可控相磷化镍粉末材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1球形多孔镍粉末的制备方法如下：s11、通过气体雾化方法制备NiAl球形金属粉末，所制备的NiAl球形金属粉末中Ni元素和Al元素的重量配比为Ni∶Al＝38～50：50～62；s12、对气体雾化方法制备的NiAl球形金属粉末进行粒度筛分，取粒度为10～100μm的NiAl球形金属粉末；s13、将步骤s12筛选后的NiAl球形金属粉末加入碱溶液中，充分搅拌腐蚀去除NiAl球形金属粉末中的Al元素，腐蚀结束后过滤掉碱溶液，即得到球形多孔金属镍粉末；s14、将步骤s13中过滤掉碱溶液后的球形多孔金属镍粉末...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐轶，李丹，兰伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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