一种B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂及其制备方法，采用共沉淀法合成CoFe

【技术实现步骤摘要】
一种B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电催化材料
，具体涉及一种B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氨(NH3)作为一种重要的化学物质，在化肥制备、能量载体、清洁燃料等领域有着广泛的应用。目前，世界上氨的生产主要依赖于Haber
‑
Bosch工艺，但是这一过程消耗大量能量，因此，用环境友好的电化学硝酸盐还原反应来代替工业合成氨引起广泛关注。该反应的核心在于电催化剂的设计与制备。与贵金属材料相比，非贵金属电催化剂具有特殊的电子结构和低成本特性，在电化学硝酸盐合成氨领域受到极大关注。其中，过渡金属磷化物有较高的催化活性，是极具发展前景的电化学硝酸盐还原催化剂。通过对过渡金属磷化物电催化剂的形貌、组成、电子结构等进行合理调控，可以有效促进其电还原硝酸盐合成氨性能。研究表明中空纳米结构可以暴露更多的活性位点，缩短电荷传输路径，有利于提高电化学性能。同时，硼原子易与金属原子配位，可以很好地重新排列金属原子的非均匀自旋态和电荷密度。硼掺杂是提高活性位点固有活性、增加活性位点数量的有效而简单的方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种制备方法简单，具有良好电化学硝酸盐合成氨性能的B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂及其制备方法。
[0004]针对上述目的，本专利技术所采用的B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂由下述方法制备得到：
[0005]1、将硝酸钴和柠檬酸三钠完全溶解于去离子水中，然后向所得溶液中逐滴加入铁氰化钾水溶液，静置18～36小时后离心，沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤后真空干燥，得到CoFe
‑
PBA纳米立方体；其中，所述硝酸钴与柠檬酸三钠、铁氰化钾的摩尔比为1～2.5:1～2.5:1。
[0006]2、将CoFe
‑
PBA纳米立方体置于瓷舟一侧，另一侧放置硼酸和次亚磷酸钠，所述CoFe
‑
PBA纳米立方体与硼酸、次亚磷酸钠的质量比为1:1～2:5～15；然后将瓷舟置于管式炉上游，在氩气气氛中升温至300～450℃并保持2～4小时，得到B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂。
[0007]上述步骤1中，优选所述硝酸钴与柠檬酸三钠、铁氰化钾的摩尔比为1.5:2:1。
[0008]上述步骤2中，优选所述CoFe
‑
PBA纳米立方体与硼酸、次亚磷酸钠的质量比为1:1:10。
[0009]上述步骤2中，进一步优选在氩气气氛中升温至350℃并保持2小时。
[0010]上述步骤2中，所述升温的速率为1～5℃ min
‑1。
[0011]本专利技术的有益效果如下：
[0012]1.本专利技术采用“自模板
‑
热解法”，将CoFe
‑
PBA空心纳米立方体作为前驱体，对其进
行硼
‑
磷化热解处理，前驱体表面络合物受热分解形成B
‑
Co2P/Fe2P颗粒，随后内部组分热解并向外扩散，持续的奥斯特瓦尔德熟化，原位构筑B
‑
Co2P/Fe2P中空纳米笼。经高温热解后，B
‑
Co2P/Fe2P依旧维持其立方体结构并在表面产生了许多纳米孔，对于提供丰富的活性位点和促进产物传质非常有意义。
[0013]2.本专利技术通过化学沉淀法和硼
‑
磷化过程成功制备出B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼，中空多孔结构暴露大量的活性位点，建立丰富的物质输运通道，从而提高了其电催化硝酸盐合成氨活性。此外，B掺杂有利于提供超亲水表面，增强硝酸盐离子吸附，调节电子构型，协同提高硝酸盐向氨的转化能力。
附图说明
[0014]图1是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的XRD图。
[0015]图2是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的EDX图。
[0016]图3是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的SEM图。
[0017]图4是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的TEM图。
[0018]图5是实施例2制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的SEM图。
[0019]图6是实施例3制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂的SEM图。
[0020]图7是对比例1制备的Co2P/Fe2P纳米立方体电催化剂的SEM图。
[0021]图8是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂和对比例1制备的Co2P/Fe2P纳米立方体电催化剂在0.5M NaSO4电解液中含有和不含有50mM NaNO3的LSV图。
[0022]图9是实施例1制备的B掺杂Co2P/Fe2P空心纳米笼电催化剂在不同电位下的法拉第效率和氨产率。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。
[0024]实施例1
[0025]1、将3mmol六水合硝酸钴和4mmol柠檬酸钠溶于100mL去离子水中，随后将100mL含2mmol K3[Fe(CN)6]的水溶液在搅拌状态下滴入上述溶液中，静置陈化24小时后，离心分离，沉淀物分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，60℃真空干燥12小时，得到CoFe
‑
PBA纳米立方体。
[0026]2、将50mg CoFe
‑
PBA纳米立方体放置在瓷舟一侧，另一侧放置50mg硼酸和500mg次亚磷酸钠，然后将瓷舟置于管式炉上游，在氩气气氛中以2℃ min
‑1升温速率升温至350℃并保持2小时，得到B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂(记为B
‑
Co2P/Fe2P)。
[0027]采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能谱分析、透射电子显微镜对所得样品进行表征，结果见图1～4。由图1的XRD表征结果可见，样品的出峰位置与Co2P和Fe2P的出峰位置相一致。图2的EDX表征结果表明Co、Fe、B、P等元素均匀分布在样品表面，与XRD谱图分析结果一致。图3的SEM图显示B
‑
Co2P/Fe2P由超细的纳米颗粒构成粗糙多孔纳米笼。图4的TEM图清晰地显示超细纳米颗粒嵌入空腔外表面。
[0028]实施例2
[0029]本实施例的步骤2中，将50mg CoFe
‑
PBA纳米立方体放置在瓷舟一侧，另一侧放置100mg硼酸和500mg次亚磷酸钠，然后将瓷舟置于管式炉上游，在氩气气氛中以2℃ min
‑1升温速率升温至350℃并保持2小时，得到B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂(见图5)。
[0030]实施例3
[0031]本实施例的步骤2中，将50mg CoFe<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：(1)将硝酸钴和柠檬酸三钠完全溶解于去离子水中，然后向所得溶液中逐滴加入铁氰化钾水溶液，静置18～36小时后离心，沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤后真空干燥，得到CoFe
‑
PBA纳米立方体；其中，所述硝酸钴与柠檬酸三钠、铁氰化钾的摩尔比为1～2.5:1～2.5:1；(2)将CoFe
‑
PBA纳米立方体置于瓷舟一侧，另一侧放置硼酸和次亚磷酸钠，所述CoFe
‑
PBA纳米立方体与硼酸、次亚磷酸钠的质量比为1:1～2:5～15；然后将瓷舟置于管式炉上游，在氩气气氛中升温至300～450℃并保持2～4小时，得到B掺杂Co2P/Fe2P中空纳米笼电催化剂。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗静，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：