一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用技术

本申请属于催化剂技术领域，尤其涉及一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用；本申请提供的自支撑磷化铜析氢催化剂为骨架表面分布纳米微孔的泡沫磷化铜，纳米微孔极大的增加了泡沫铜的比表面积，能在析氢反应时提供活性位点，从而提高催化剂的析氢反应性能，解决现有技术中铜析氢催化剂的析氢性能还有待提高的技术问题。待提高的技术问题。待提高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用


[0001]本申请属于催化剂
，尤其涉及一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于化石能源的开采使用会造成环境污染，人们将目光投向了可再生能源，可再生能源中氢能源的燃烧效率大于化学能源，同时氢能源燃烧后不产生污染物，因此，氢能源的制备和利用被认为是解决能源短缺和环境污染的一个重要途径。
[0003]电解水制备氢气过程中产生的是氢气和氧气，对环境污染少，是氢能源的重要来源，然而目前常见的电解水析氢催化剂为贵金属催化剂，电解水制备氢气的成本高，铜元素及其衍生物在地球上广泛分布，具有无毒性、丰富性、价格低廉等优点，并且易于制备，过去在铜催化剂的研究主要集中再二氧化碳还原、光电材料、多相催化等领域，金属铜催化剂作为电解水析氢催化剂的研究较少，铜析氢催化剂的析氢性能还有待提高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中铜析氢催化剂的析氢性能还有待提高的技术问题。
[0005]本申请第一方面提供了一种自支撑磷化铜析氢催化剂，所述自支撑磷化铜析氢催化剂为泡沫磷化铜；
[0006]所述泡沫磷化铜的骨架表面分布纳米微孔。
[0007]优选的，所述纳米微孔的尺寸为10～500nm。
[0008]优选的，所述纳米微孔的尺寸为10～50nm。
[0009]本申请第二方面提供了一种自支撑磷化铜析氢催化剂的制备方法，制备方法包括步骤：
[0010]步骤S1、以锌为对电极，将经表面抛光处理的泡沫铜置于电解池中进行电沉积，得到镀锌泡沫铜；
[0011]步骤S2、将镀锌泡沫铜置于酸溶液中进行氧化还原，得到骨架表面分布纳米微孔的泡沫铜；
[0012]步骤S3、将骨架表面分布纳米微孔的泡沫铜磷化，得到自支撑磷化铜析氢催化剂。
[0013]优选的，步骤S1中，所述电沉积的电流密度为10～30mA
·
cm
‑2，时间为100～200s。
[0014]优选的，步骤S1中，所述电沉积的电解液为氯化锌、氯化钾和十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或一种以上。
[0015]优选的，步骤S1中，所述经表面抛光处理的泡沫铜的制备方法包括：将泡沫铜作为阳极，难溶金属做阴极，磷酸做电解液进行表面抛光处理。
[0016]优选的，步骤S2中，所述氧化还原反应中使用的酸溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，氧化还原反应的时间为12～36h。
[0017]优选的，步骤S3中，所述磷化中使用的磷化剂为次磷酸钠，磷化温度为300～400℃，时间为2
‑
6h。
[0018]优选的，步骤S2之后，步骤S3之前，还包括步骤：
[0019]步骤S21、将表面为纳米微孔的泡沫铜用去离子水洗涤，得到洗涤后的表面为纳米微孔的泡沫铜；
[0020]步骤S22、将洗涤后的表面为纳米微孔的泡沫铜置于管式炉中，惰性气氛下干燥。
[0021]优选的，步骤S22中，所述干燥的温度为150～250℃，时间为2h。
[0022]本申请第三方面提供了一种氢燃料电池，所述氢燃料电池包括双极板及其两侧的膜电极；
[0023]所述膜电极包括依次叠加的质子交换膜、催化剂层、扩散层；
[0024]所述催化剂层包括上述钴掺杂铂铁镍铜合金析氢催化剂。
[0025]需要说明的是，本申请提供的磷化铜析氢催化剂碱性析氢性能优异，并且保留了泡沫铜的结构，具有高导电性和机械稳定性，从而不需要载体，可直接作为氢燃料电池碱性供氢系统部件应用。
[0026]综上所述，本申请提供了一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用，其中，自支撑磷化铜析氢催化剂为泡沫磷化铜，并且，泡沫磷化铜的骨架表面分布纳米微孔，这些微孔增大了泡沫磷化铜的比表面积，活性比表面积可以达到99.3mFcm
‑2，而常规泡沫铜的比表面积约为9.1mFcm
‑2，因此，本申请提供的表面为纳米微孔的磷化铜析氢催化剂的比表面积超过了泡沫铜的十倍，从而能为析氢反应提供更多的活性位点，提高催化剂的析氢反应性能，在电流密度达到100mA
·
cm
‑2时，表面为纳米微孔的磷化铜析氢催化剂的过电位为0.149V，塔菲尔斜率为232mVdecade
‑1，远高于常规泡沫铜析氢催化剂，从而解决现有技术中铜析氢催化剂的析氢性能还有待提高的技术问题。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂扫描电镜图；
[0029]图2为本申请实施例2中经抛光处理后泡沫铜的扫描电镜图；
[0030]图3为本申请实施例2中镀锌前的泡沫铜的X射线衍射图；
[0031]图4为本申请实施例2中镀锌泡沫铜的X射线衍射图；
[0032]图5为本申请实施例2中镀锌泡沫铜酸泡后的泡沫铜的X射线衍射图；
[0033]图6为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂的X射线衍射图；
[0034]图7为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂与市售泡沫铜的析氢性能图；
[0035]图8为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂与市售泡沫铜的塔菲尔斜率图；
[0036]图9为市售泡沫铜CV曲线图；
[0037]图10为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂CV曲线图；
[0038]图11为本申请实施例2中自支撑磷化铜析氢催化剂与市售泡沫铜的比表面积大
小。
[0039]图1中，图a为500倍率扫描电镜图，图b为10000倍率扫描电镜图，图c为40000倍率扫描电镜图；图2中，图a为500倍率扫描电镜图，图b为10000倍率扫描电镜图，图c为40000倍率扫描电镜图。
具体实施方式
[0040]本申请提供了一种自支撑磷化铜析氢催化剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中铜析氢催化剂的析氢性能还有待提高的技术问题。
[0041]下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0042]实施例1
[0043]本申请实施例1提供了一直自支撑磷化铜析氢催化剂，自支撑磷化铜析氢催化剂为泡沫磷化铜，其微观结构如图1所示，从图1可以看出，泡沫磷化铜的骨架表面具有分布均匀的细小孔洞，结合图11所示自支撑磷化铜析氢催化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑磷化铜析氢催化剂，其特征在于，所述自支撑磷化铜析氢催化剂为泡沫磷化铜；所述泡沫磷化铜的骨架表面分布纳米微孔。2.根据权利要求1所述的一种自支撑磷化铜析氢催化剂，其特征在于，所述纳米微孔的尺寸为10～500nm。3.根据权利要求1所述的一种自支撑磷化铜析氢催化剂，其特征在于，所述纳米微孔的尺寸为10～50nm。4.权利要求1
‑
3任一项所述的一种自支撑磷化铜析氢催化剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括步骤：步骤S1、以锌为对电极，将经表面抛光处理的泡沫铜置于电解池中进行电沉积，得到镀锌泡沫铜；步骤S2、将镀锌泡沫铜置于酸溶液中进行氧化还原，得到骨架表面分布纳米微孔的泡沫铜；步骤S3、将骨架表面分布纳米微孔的泡沫铜磷化，得到自支撑磷化铜析氢催化剂。5.根据权利要求4所述的一种自支撑磷化铜析氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述电沉积的电流密度为10～30mA
·
cm
‑2，时间为100～200s。6.根据权利要求4所述的一种自支撑磷化铜析氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏康，姚银洲，陆文伟，刘均乐，陈楚境，姜山，高荣胜，林紫清，梁建辉，陈嘉豪，黄锦坚，刘石，刘志刚，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司中山供电局，
类型：发明
国别省市：