一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，属于电催化剂技术领域。所述方法包括以下步骤：将两种过渡金属盐、氟化铵和尿素分散于溶剂中，经超声搅拌形成分散溶液；超声清洗后的泡沫镍浸入所述分散溶液中，经过反应和烘干后得到双过渡金属氢氧化物；所述双过渡金属氢氧化物进行磷化反应形成前驱体；所述前驱体放入IC

【技术实现步骤摘要】
一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法


[0001]本专利技术公开了一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，属于电催化剂


技术介绍

[0002]随着传统化石能源的不断消耗，人们迫切需要找到一种新型的可持续能源来解决传统化石燃料引发的能源危机和环境问题。由风能和潮汐能等绿色和可持续能源系统提供动力的用于氢气和氧气生产的电催化水分解被认为是一种很有前途的清洁能源生产方法。水分解反应包括两个半反应，即阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)，目前应用最广泛的是具有高HER催化活性的Pt族贵金属和具有高OER催化性能的Ru/Ir基材料，但是很明显，它们的稀缺性和高昂的价格极大地限制了它们的广泛应用。过渡金属磷化物(TMP)具有优秀的电催化活性、来源广泛和价格低廉等特点被广泛开发应用，但是很多的过渡金属磷化物仅对水分解反应中两个半反应的其中一个表现出优秀的催化效果，而对另一个半反应的活性较差。

技术实现思路

[0003]根据现有技术的不足，本专利技术公开了一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，通过低温等离子体辅助的方法，将杂原子掺杂到催化剂中，使其同时具有高活性的析氢反应和析氧反应，用以解决
技术介绍
中提出的问题。具体地，本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0004]一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0005]将两种过渡金属盐、氟化铵和尿素分散于溶剂中，经超声搅拌形成分散溶液；
[0006]超声清洗后的泡沫镍浸入所述分散溶液中，经过反应和烘干后得到双过渡金属氢氧化物；
[0007]所述双过渡金属氢氧化物进行磷化反应形成前驱体；
[0008]所述前驱体放入IC
‑
PECVD设备中，调节参数，获得双过渡金属磷化物催化剂。
[0009]进一步地，所述过渡金属盐包括铁盐、钴盐和镍盐中的任意两种。
[0010]进一步地，所述溶剂包括去离子水、乙醇或甲醇。
[0011]进一步地，所述泡沫镍超声清洗过程包括依次在稀盐酸、水和乙醇中清洗。
[0012]进一步地，所述超声搅拌的时间为0.5～2h。
[0013]进一步地，所述反应的条件包括反应温度为90～150℃和反应时间为10～12h，所述烘干的温度为60～100℃。
[0014]进一步地，所述磷化反应的条件包括温度为300～350℃、磷化时间为1～2h和升温速度为5℃/min。
[0015]进一步地，所述前驱体经IC
‑
PECVD设备处理的条件包括放电功率为100～200W、气体流量为1：1的N2/H2和气体流速为20～30sccm。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术制备的双过渡金属磷化物催化剂用于析氢、析氧、全解水反应，与传统的商用Pt/C||RuO2和同类电催化剂相比，明显具有更高的催化活性和循环稳定性，并且无需贵金属，在保证催化效果高效、稳定的同时极大地降低了催化剂的成本。
[0018](2)双过渡金属原子之间形成协同效应，改变电催化剂的电子结构，增强其本征活性，获得优于单一金属磷化物的HER和OER活性。
[0019](3)通过低温等离子体处理引入氮以提高催化剂的导电性，并向过渡金属原子提供额外的电子，从而提高电极的电子转移速率。
[0020](4)通过等离子辅助退火制备高性能双过渡金属磷化物催化剂，操作简单，避免传统工业的繁琐性和耗时性。
附图说明
[0021]图1是催化剂CoFeP
‑
N和CoP的SEM图，其中a表示CoFeP
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N的SEM图，b表示CoP的SEM图(尺度：左1μm，右200nm)。
[0022]图2是催化剂CoFeP
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N的TEM图(尺度：左100nm，中10nm，右1nm)。
[0023]图3是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中HER的LSV曲线图，扫速为5mV/s。
[0024]图4是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中HER的Tafel曲线图。
[0025]图5是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中HER的EIS曲线图，电压为10mA/cm2处的电压。
[0026]图6是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中HER的C
dl
图，扫描速率为10
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50mV/s。
[0027]图7是催化剂CoFeP
‑
N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中HER的在10mA/cm2的电流密度下电势随时间变化的曲线图，频率范围为0.01
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100kHz。
[0028]图8是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中OER的LSV曲线图，扫速为5mV/s。
[0029]图9是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中OER的Tafel曲线图。
[0030]图10是催化剂CoFeP
‑
N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中OER的EIS曲线图，电压为10mA/cm2处的电压。
[0031]图11是催化剂CoFeP
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N、CoFeP、CoPN和CoP在1MKOH中OER的在10mA/cm2的电流密度下电势随时间变化的曲线，频率范围为0.01
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100kHz。
[0032]图12是催化剂CoFeP
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N||CoFeP
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N和Pt/C||RuO2在1MKOH中全解水的LSV曲线图，扫速为5mV/s。
[0033]图13是催化剂CoFeP
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N||CoFeP
‑
N和Pt/C||RuO2在1MKOH中全解水的在100mA/cm2的电流密度下电势随时间变化的曲线，频率范围为0.01
‑
100kHz。
具体实施方式
[0034]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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例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新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。
[0035]实施例1：
[0036]一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0037]A：称取1.2mmolCo(NO3)2·
6H2O、0.15mmolFe(NO3)3·
9H2O、5mmolCO(NH2)2和4mmolNH4F溶于30mL去离子水中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将两种过渡金属盐、氟化铵和尿素分散于溶剂中，经超声搅拌形成分散溶液；超声清洗后的泡沫镍浸入所述分散溶液中，经过反应和烘干后得到双过渡金属氢氧化物；所述双过渡金属氢氧化物进行磷化反应形成前驱体；所述前驱体放入IC
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PECVD设备中，调节参数，获得双过渡金属磷化物催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐包括铁盐、钴盐和镍盐中的任意两种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括去离子水、乙醇或甲醇。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍超声清洗过程包括依次在稀盐酸、水和乙醇中清洗。5.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，王睿琦，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：