一种铁钴磷化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铁钴磷化物催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：S1.将铁盐、钴盐与含有壳聚糖的醋酸溶液混合，依次搅拌、干燥后在300～700℃条件下热解处理1～4h得到铁钴磷化物前驱体；所述铁盐和所述钴盐的质量之和与所述壳聚糖的质量的比值为(1.2～1.8)：1；所述铁盐中的Fe与所述钴盐中的Co的摩尔比为(3～7)：(3～7)；S2.将铁钴磷化物前驱体置于惰性气氛下进行磷化处理，得到铁钴磷化物催化剂；所述磷化处理温度为250～450℃，磷化处理时间为1～4h；所述铁钴磷化物前驱体与所述磷化处理的磷源的质量比为2：(40～100)。本发明专利技术提供一种铁钴磷化物催化剂，该催化剂用于全解水反应中，在高电流密度下具有较低的过电位，可满足电催化全解水工业化应用的需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种铁钴磷化物催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，更具体地，涉及一种铁钴磷化物催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，氢气主要是通过化石能源的裂解反应制备得到，但化石能源的过度使用会加剧能源危机并导致环境污染，因此，急需提供一种新的制氢方法来应对日益严峻的能源危机。电催化全解水是一种绿色环保和可持续的制氢方式。电催化全解水在碱性条件下涉及到两个半反应：析氢反应(HER，2H2O+2e
‑
→
H2+2OH
‑
)和析氧反应(OER，2OH
‑
→
1/2O2+H2O+2e
‑
)。因此，寻找一种同时具有HER和OER活性的双功能的电催化剂极为重要。铂基催化剂通常表现出显著的HER活性，但其OER活性较差，而铱基催化剂则仅表现出良好的OER活性。此外，由于它们的高成本和稀缺性，在工业规模上使用它们是不现实的。因此，有必要探索一种基于廉价且地球中丰度高的新型双功能电催化剂。
[0003]中国专利技术专利CN109499596A公开了一种采用改性后壳聚糖与金属盐反应来制备双功能电催化剂的方法，该方法制备得到的电催化剂可以用于催化电解水制氢和氧还原反应(ORR)，且具有优于商业Pt/C催化剂的氧还原性能，但该催化剂中磷、氮掺杂主要是影响了碳的电中性，从而有利于对氧气的吸附，进而提高了ORR性能。而OER是一个析氧反应，它的活性中心主要是高价态的金属离子转化成的氧化物或羟基氧化物这两种物质，且OER要求催化剂对氧气具有较强的脱附能力，这与ORR理论上是相反的，从而使得该催化剂用于OER活性低甚至无OER活性，进而导致其无法用于电催化全解水。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的是克服上述现有双功能电催化剂无法用于电催化全解水的问题，提供一种铁钴磷化物催化剂的制备方法，该方法制备得到的催化剂用于电催化全解水在电流密度为100mA
·
cm
‑2时，过电位低于1.9V。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种铁钴磷化物催化剂。
[0006]本专利技术的进一步目的是提供上述铁钴磷化物催化剂的应用。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种铁钴磷化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1.将铁盐、钴盐与含有壳聚糖的醋酸溶液混合，依次搅拌、干燥后在300～700℃条件下热解处理1～4h得到铁钴磷化物前驱体；
[0010]所述铁盐和所述钴盐的质量之和与所述壳聚糖的质量的比值为(1.2～1.8)：1；
[0011]所述铁盐中的Fe与所述钴盐中的Co的摩尔比为(3～7)：(3～7)；
[0012]S2.将铁钴磷化物前驱体置于惰性气氛下进行磷化处理，得到铁钴磷化物催化剂；所述磷化处理温度为250～450℃，磷化处理时间为1～4h；
[0013]所述铁钴磷化物前驱体与所述磷化处理的磷源的质量比为2：(40～100)。
[0014]本专利技术通过控制与壳聚糖配位的铁和钴的比例制备得到铁钴前驱体，进一步引入磷调控铁钴合金的电子结构后制备得到一种铁钴磷化物催化剂，该催化剂可用于电催化全解水，且在酸性电解水制氢、碱性电解水制氢和电解水制氧中均具有较大的优势，具有广泛的应用前景。
[0015]优选地，所述铁盐和所述钴盐的质量之和与所述壳聚糖的质量的比值为(1.3～1.5)：1。更优选为1.4：1。
[0016]优选地，所述铁盐中的Fe与所述钴盐中的Co的摩尔比为(3～5)：(5～7)。更优选为3：7。
[0017]优选地，所述热解处理温度为400～600℃。更优选为500℃。
[0018]本领域常规的铁盐和钴盐均可用于本专利技术中。优选地，所述铁盐选自硝酸铁，所述钴盐选自硝酸钴。
[0019]优选地，所述磷化处理温度为300～400℃。更优选地为300℃。
[0020]在本专利技术中，所述磷化处理为将磷源置于上风口，铁钴磷化物前驱体置于下风口，惰性气氛下，温度为250～450℃条件下处理1～4h。
[0021]优选地，所述铁钴磷化物前驱体与所述磷化处理的磷源的质量比为2：(50～70)。
[0022]本领域常规磷源均可用于本专利技术中。所述磷源优选为次磷酸钠。
[0023]本领域常规的浓度的醋酸溶液均可用于本专利技术中。优选地，所述醋酸溶液的浓度为1.25wt％。
[0024]一种铁钴磷化物催化剂，由上述方法制备得到。
[0025]本专利技术所述铁钴磷化物催化剂用于全解水时，在大电流密度下具有较低的过电位，可用于电催化全解水中。因此，所述铁钴磷化物催化剂在电催化全解水中的应用也应该在本专利技术的保护范围内。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术通过溶胶凝胶法，热解处理和磷化处理制备得到一种纳米颗粒堆积形貌且由FeCo，CoP和FeCoP三者协同作用的催化剂，所述催化剂能在酸性条件下实现高效析氢和碱性条件下高效析氢与高效析氧，并具有在碱性溶液中高电流密度下的同时析氢和析氧的全水解性能。此外，本专利技术所述催化剂具有优异的稳定性，可满足电催化全解水工业化应用的需求。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂的XRD图谱；
[0029]图2为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂的扫描电镜图谱；
[0030]图3为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂在1M HClO4溶液中的电催化析氢极化曲线图；
[0031]图4为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂在1M KOH溶液中的电催化析氢极化曲线图；
[0032]图5为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂在1M KOH溶液中的电催化析氧极化曲线图；
[0033]图6为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂在1M KOH溶液中的电催化全解水
极化曲线图；
[0034]图7为本专利技术实施例1提供的铁钴磷化物催化剂在1M KOH溶液中的稳定性测试图。
具体实施方式
[0035]为了更清楚、完整的描述本专利技术的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，可以在本专利技术权利限定的范围内进行各种改变。
[0036]实施例1
[0037]一种铁钴磷化物催化剂，其制备方法包括如下步骤：
[0038]S1.将2g壳聚糖溶解在1.25wt％醋酸溶液中，恒温搅拌至溶液呈透明状后加入Fe：Co摩尔比为3:7的九水合硝酸铁及六水合硝酸钴，继续在80℃下恒温搅拌2h至溶液流动缓慢时，取出放入烘箱在50℃下干燥12h，再将样品放置管式炉中进行热解处理，其中热解处理的温度为500℃，热解时间为2h，得到铁钴磷化物前驱体；所述九水合硝酸铁和六水合硝酸钴的质量之和与壳聚糖的质量的比值为1.4：1；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁钴磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将铁盐、钴盐与含有壳聚糖的醋酸溶液混合，依次搅拌、干燥后在300～700℃条件下热解处理1～4h得到铁钴磷化物前驱体；所述铁盐和所述钴盐的质量之和与所述壳聚糖的质量的比值为(1.2～1.8)：1；所述铁盐中的Fe与所述钴盐中的Co的摩尔比为(3～7)：(3～7)；S2.将铁钴磷化物前驱体置于惰性气氛下进行磷化处理，得到铁钴磷化物催化剂；所述磷化处理温度为250～450℃，磷化处理时间为1～4h；所述铁钴磷化物前驱体与所述磷化处理的磷源的质量比为2：(40～100)。2.如权利要求1所述铁钴磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐和所述钴盐的质量之和与所述壳聚糖的质量的比值为(1.3～1.5)：1。3.如权利要求1所述铁钴磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐中的Fe与所述钴盐中的Co的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，彭志光，郑泽锋，胡丽华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：