一种磷化钴的纳米粒子的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷化钴的纳米粒子的制备方法，在300℃下通过低温磷化的方法以次磷酸钠为磷源，将紧密生长在碳布上的单质钴纳米粒子溥膜成功转化成磷化钴的纳米粒子(CoPNPS/CC)。CoPNPS/CC展现出了优异的催化析氢的活性和稳定性。CoP粒子之间以及CoP和碳布纤维之间紧密的连接在一起，有利于电子的相互传输从而加速水的分解效率。此外，碳布的柔韧性使得CoPNPS/CC能紧密的生长在其表面，形成均匀的纳米粒子膜，另外碳布导电性有利于电子在CoPNPs/CC之间自由流动从而加速反应；碳布的三维结构有利于生成的氢气快速析出，减少了气泡在催化剂表面累积对活性位点的遮盖。气泡在催化剂表面累积对活性位点的遮盖。气泡在催化剂表面累积对活性位点的遮盖。

【技术实现步骤摘要】
一种磷化钴的纳米粒子的制备方法


[0001]本专利技术涉及析氢催化剂制备
，具体为一种磷化钴的纳米粒子的制备方法。

技术介绍

[0002]电分解水是大规模制备高纯氢气最简单的方法之一，电催化剂的使用能显著降低电分解水所消耗的额外能量。以质子交换膜技术为基础的电解水装置需要在强酸性电解液中进行操作，因此开发在酸性电解液中能稳定存在的析氢催化剂是非常有必要的。目前，铂族纳米材料仍是酸性电解液中催化性能最高的催化剂，然而它们的稀缺所导致的高价格，严重制约了它在电解水析氢中的应用。因此开发高效低廉的催化剂能有效的降低析氢成本。最初，基于镍的材料被应用于酸性条件下的析氢催化剂，虽然镍基催化剂表现出了一定的催化活性，但是在酸性电解液中该材料容易腐蚀而不能长期稳定的使用。经过数十年的不懈努力探索，科研人员已经开发了很多稳定且高效的酸性析氢低价催化剂，包括过渡金属硫化物，碳化物，氮化物，磷化物等等。在众多过渡金属纳米材料中，基于钴的纳米材料表现出了非常好的应用前景。磷化物是在最近几年发展起来的高效析氢催化剂，考虑到钴元素特殊的电子结构，因此很多研究者试图制备磷化钴纳米材料。例如，Schaak团队在有机试剂的辅助下以三辛基膦为磷源，通过加热回流的方式制备了均匀分散的磷化钴纳米粒子。此外，孙旭平课题组通过低温磷化的方法制备了碳纳米管支撑的磷化钻纳米粒子并证明了其良好的催化析氢活性。上述方法制备的磷化钻纳米粒子都需要用到聚合物粘黏剂将其固定到导电电极上制成电解水的阴极用于催化析氢，导电性相对弱的粘黏剂有可能会遮挡活性位点降低传质效率从而影响催化剂的活性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种磷化钴的纳米粒子的制备方法，解决了导电性相对弱的粘黏剂有可能会遮挡活性位点降低传质效率从而影响催化剂的活性。
[0004]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种磷化钴的纳米粒子的制备方法，具体包括以下步骤：
[0005]S1、将六水合氯化钴和聚乙烯吡咯烷酮加入N，N
‑
二甲基甲酰胺中，在80℃下加热搅拌至溶解，得到粘稠溶液；
[0006]S2、接着将碳布浸润到S1步骤中的粘稠溶液中，然后将附着了钴前驱的碳布在80℃下干燥；
[0007]S3、紧接着将其放在保护气氛围的管式炉中以10℃/min的速度升温至一定温度并继续维持2h，得到均匀生长在碳布表面单质钴纳米粒子(CoNPs/CC)；
[0008]S4、随后，将CoNPs/CC和磷源放置在保护气氛围的管式炉中以2℃/min的速度升温至一定温度并继续维持2h；
[0009]S5、最后，待管式炉自然降温之后便得到了磷化钴的纳米粒子(CoPNPS/CC)。
[0010]优选的，所述步骤S4和S3中的保护气包括氮气、氦气、氖气、氩气中的一种或者多种混合。
[0011]优选的，所述步骤S3中的一定温度为600℃。
[0012]优选的，所述步骤S4中的磷源为次磷酸钠。
[0013]优选的，所述步骤S4中的一定温度为300℃。
[0014]有益效果
[0015]本专利技术提供了一种磷化钴的纳米粒子的制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该种磷化钴的纳米粒子的制备方法，以次磷酸钠为磷源，采用300℃低温磷化的方法成功地将Co NPs/CC转化成CoP NPs/CC。作为一种自支撑的膜电极，CoP NPs/CC展现出了优异的催化析氢的活性和稳定性。CoP NPs/CC优异的活性除了CoP NPs本身催化活性好以外，CoP NPs/CC特殊的结构对电极整体的催化性能也有非常大的贡献。首先，CoP粒子之间以及CoP和碳布纤维之间紧密的连接在一起，在电化学测试过程中这种相互连通的结构有利于电子的相互传输从而加速水的分解效率。此外，碳布基底主要有以下两个方面的作用：1)碳布的柔韧性使得CoP NPs/CC能紧密的生长在其表面，形成均匀的纳米粒子膜，另外碳布导电性有利于电子在CoP NPs/CC之间自由流动从而加速反应；2)碳布的三维结构有利于生成的氢气快速析出，减少了气泡在催化剂表面累积对活性位点的遮盖。
附图说明
[0016]图1为本专利技术(A)Co NPs/CC和(B)CoPNPs/CC不同放大倍数的扫面电镜图；
[0017]图2为本专利技术Co NPs/CC和CoPNPs/CC的X射线衍射谱图；
[0018]图3为本专利技术CoPNPs/CC的X射线光电子能谱总谱图；
[0019]图4为本专利技术CoPNPs/CC的元素能量色散能谱图；
[0020]图5为本专利技术不同CoPNPs负载的CoP NPs/CC电极的极化曲线图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参阅图1
‑
5，本专利技术实施例提供三种技术方案：一种磷化钴的纳米粒子的制备方法，具体包括以下实施例：
[0023]实施例1
[0024]S1、将6.3g六水合氯化钴和1g聚乙烯吡咯烷酮加入8ml N，N
‑
二甲基甲酰胺中，在80℃下加热搅拌至溶解，得到粘稠溶液；
[0025]S2、接着将1cm
×
1cm碳布浸润到S1步骤中的粘稠溶液中，然后将附着了钴前驱的碳布在80℃下干燥；
[0026]S3、紧接着将其放在保护气氛围的管式炉中以10℃/min的速度升温至600℃并继续维持2h，得到均匀生长在碳布表面单质钴纳米粒子(CoNPs/CC)；
[0027]S4、随后，将CoNPs/CC和次磷酸钠放置在保护气氛围的管式炉中以2℃/min的速度
升温至300℃并继续维持2h；
[0028]S5、最后，待管式炉自然降温之后便得到了磷化钴的纳米粒子(CoP NPS/CC)。
[0029]实施例2
[0030]S1、将4g六水合氯化钴和0.5g聚乙烯吡咯烷酮加入5ml N，N
‑
二甲基甲酰胺中，在80℃下加热搅拌至溶解，得到粘稠溶液；
[0031]S2、接着将1cm
×
1cm碳布浸润到S1步骤中的粘稠溶液中，然后将附着了钴前驱的碳布在80℃下干燥；
[0032]S3、紧接着将其放在保护气氛围的管式炉中以10℃/min的速度升温至600℃并继续维持2h，得到均匀生长在碳布表面单质钴纳米粒子(CoNPs/CC)；
[0033]S4、随后，将CoNPs/CC和次磷酸钠放置在保护气氛围的管式炉中以2℃/min的速度升温至300℃并继续维持2h；
[0034]S5、最后，待管式炉自然降温之后便得到了磷化钴的纳米粒子(CoP NPS/CC)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷化钴的纳米粒子的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、将六水合氯化钴和聚乙烯吡咯烷酮加入N，N
‑
二甲基甲酰胺中，在80℃下加热搅拌至溶解，得到粘稠溶液；S2、接着将碳布浸润到S1步骤中的粘稠溶液中，然后将附着了钴前驱的碳布在80℃下干燥；S3、紧接着将其放在保护气氛围的管式炉中以10℃/min的速度升温至一定温度并继续维持2h，得到均匀生长在碳布表面单质钴纳米粒子(CoNPs/CC)；S4、随后，将CoNPs/CC和磷源放置在保护气氛围的管式炉中以2℃/min的速度升温至一定温度并继续维持2h；S5、最...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志军，
申请(专利权)人：徐志军，
类型：发明
国别省市：