一种用于电催化制氢的Pt-NiP/Co(OH)2复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于电催化制氢的Pt

【技术实现步骤摘要】
一种用于电催化制氢的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电催化复合材料制备
，具体为一种用于电催化制氢的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]由于快速工业化和社会的不断发展，化石燃料正在被加速消耗，全球环境正在恶化。因此，迫切需要找到可替代传统化石燃料的可持续、清洁的能源。氢能因具有环境友好、可再生且能量密度高等优点被认为是最适合的可替代化石燃料的清洁能源之一。通过电解水制氢是目前获取氢能的理想方式之一。然而，在电解水过程中，缓慢的反应动力学严重影响了产氢效率。通过使用高效的电催化剂，可有效降低析氢反应(HER)过程中的过电位，从而实现降低生产成本的同时提升析氢产率，这有助于推动电解水制氢技术的工业化应用。贵金属铂(Pt)基材料是目前最有效的HER催化剂，但由于其高昂的成本和有限的储量，使其在实际应用中存在着一定的局限性。因此，寻求地球资源丰富、价格低廉以及性能优异的非贵金属基电催化剂对于实现电解水制氢的产业化具有重要的意义。
[0003]经过多年的研究，过渡金属化合物可作为电解水析氢的理想电极，其形成的过渡金属磷化物(TMPs)是一种典型的非贵金属材料，且具有类贵金属性和良好的导电性，是电催化剂开发的理想候选材料。在过渡金属磷化物中，磷化镍具有独特的电子结构、成本低廉以及在较宽的pH值范围内优良的导电性和化学稳定性等特点，被作为电催化剂广泛研究，但其催化性能与Pt基催化剂相比依然存在差距。<br/>[0004]目前Ni基电催化剂作为高效电催化剂的应用存在的问题有：(1)电催化性能不如贵金属催化剂，其电催化活性亟待提升；(2)催化效率低，需要进一步改性研究以提高电催化效率；(3)粉末材料易团聚，不利于电催化反应的持续进行；(4)化合物材料导电性有待进一步提升。
[0005]因此，本专利技术提供了一种非贵金属为主体的高效、稳定Pt
‑
NiP/Co(OH)2纳米化合物电催化剂及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了解决NiP纳米片电催化析氢性能较低的问题，本专利技术旨在提供一种电催化复合材料的制备方法，使得纳米电催化材料NiP在析氢方面的性能有较大的提升。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于电催化制氢的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化剂材料的制备方法。制备方法包括按顺序进行的下列步骤：
[0008](1)泡沫镍(NF，1
×
2.5cm2)先用砂纸打磨去除表面氧化层，再用丙酮、稀氢氧化钠和稀硝酸分别在室温状态水浴中超声十分钟，以进一步地去除氧化层和表面杂质，之后用去离子水冲洗数次，进而真空干燥以备实验使用。然后用天平依次称量六水合氯化钠(NiCl2·
6H2O)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)、氯化铵(NH4Cl)和尿素(CO(NH2)2)，加入去离子水配制成电沉积液。以Ag/AgCl为参比电极，以铂片和泡沫镍为对电极和工作电极，在电沉积
溶液中以恒压1.0V进行恒电位电沉积，成功在泡沫镍上制备NiP纳米片。
[0009](2)合成NiP纳米片电极后，通过离子置换方法将贵金属Pt量子点引入NiP纳米片中来制备Pt
‑
NiP催化剂。具体过程为：将制备好的NiP放入氯铂酸(H2PtCl6)溶液中，并在浸泡过程中用1M盐酸调整溶液pH为1，浸泡60分钟，将Pt离子引入NiP中。在此过程中泡沫镍基体上的镍离子被贵金属铂离子所取代，成功制备出Pt
‑
NiP。
[0010](3)采用电化学沉积法在NiP
‑
Pt/NF表面制备Co(OH)2纳米片：采用三电极结构进行电沉积，Ag/AgCl作为参比电极，制备的NiP
‑
Pt/NF电极和Pt电极分别作为工作电极和对电极。在六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)和去离子水组成的电解液中，以恒压1.0V进行电沉积，最终制得Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化剂材料。
[0011]在步骤(1)中，所述电沉积用溶液由六水合氯化钠(NiCl2·
6H2O，0.02～0.03mol)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O，0.02～0.03mol)、氯化铵(NH4Cl，0.015～0.02mol)、尿素(CO(NH2)2，0.015～0.02mol)和30mL去离子水组成，在室温条件下搅拌至完全溶解。实验用1.0V恒电压进行电沉积，沉积时间为180～240s。
[0012]在步骤(2)中，所述的氯铂酸(H2PtCl6)溶液溶度为0.2～0.5mM，通过离子置换法得到Pt
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NiP复合材料。
[0013]在步骤(3)中，电沉积液为硝酸钴溶液，将0.2～0.3mol六水合硝酸钴溶于30mL去离子水中，并以1.0V恒电位电沉积制备Pt
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NiP/Co(OH)2复合电催化剂材料，沉积时间为90～150s。
[0014]本专利技术所制备的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化剂具有良好的析氢性能，如附图1所示，95mV的过电位即可产生10mA
·
cm
‑2的析氢电流密度。图3所示表明，Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电极经过1000次的CV循环后，其析氢性能没有明显改变，体现出了该催化剂具有良好的电化学稳定性。
[0015]本专利技术提供的一种用于电催化制氢的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化剂材料的制备方法具有如下有益效果：
[0016]1.本专利技术制得的Pt
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NiP/Co(OH)2复合电催化材料可以促进电催化反应的高效进行，显著降低反应能耗，从而有效提高过渡金属磷化物复合材料的电催化性能。
[0017]2.本专利技术的制备方法简单易操作，整体成本低廉，对环境友好无污染，具有很好的可行性和应用前景。
附图说明：
[0018]图1为本专利技术中不同NiP基复合电催化材料的析氢反应性能；
[0019]图2为本专利技术中不同NiP基复合电催化材料的过电位对比图；
[0020]图3为Pt
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NiP/Co(OH)2复合电催化材料历经1000次循环后的电催化稳定性测试曲线；
[0021]图4为Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0022]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0023]实施例1
[0024]一种用于电催化制氢的Pt
‑
NiP/Co(OH)2复合电催化剂材料的制备方法，包括如下步骤：
[0025](1)将泡沫镍(NF，1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开一种用于电催化制氢的Pt
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NiP/Co(OH)2复合材料的制备方法。其特征在于，所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将泡沫镍(NF，1
×
2.5cm2)先用砂纸打磨去除表面氧化层，再用丙酮、稀氢氧化钠和稀硝酸分别在室温状态的水浴中超声清洗十分钟，来进一步地去除氧化层和表面杂质，之后用去离子水冲洗数次，并真空干燥以备用。然后用天平依次称量六水合氯化钠(NiCl2·
6H2O)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)、氯化铵(NH4Cl)和尿素(CO(NH2)2)等原料，加入去离子水配制成电沉积液。以Ag/AgCl和铂片为参比电极和对电极，以泡沫镍为工作电极，在上述电沉积溶液中以恒电位沉积方法成功在泡沫镍上制备NiP纳米片。(2)合成NiP/NF电极后，通过化学取代法制备Pt
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NiP催化剂。在此过程中，将制备好的NiP/NF放入H2PtCl6溶液中浸泡60分钟，用1M HCl调整溶液的pH为1。基体上的活性镍离子被贵金属铂离子所取代，成功制备出Pt
‑
NiP。(3)采用电沉积方法在NiP
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Pt/NF表面进一步制备Co(OH)2纳米片：采用三电极体系进行电沉积，NiP
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Pt/NF、铂片、Ag/AgCl电极分别作为工作电极、对电极和参比电极。在Co(NO3)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振刚，刘志鑫，刘志锋，刘志华，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：