【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化和能源材料，特别涉及一种氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
1、氢能具有清洁、可再生、高能量密度等优点，是一种很有前景的可替代传统化石燃料的能源，其中氢气可以通过电解水技术制备。电解水技术由两个半反应组成，即阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)，两者都需要较大的过电位来驱动其多电子转移过程。因此，构建高效的催化剂以降低过电位，提高整体能量转化效率已迫在眉睫。虽然pt基化合物和ir/ru基氧化物分别被公认为最有效的her和oer催化剂，但它们的低丰度、高成本和有限的双功能活性阻碍了它们的实际应用。因此，开发高效、低成本的面向her和oer的双功能电催化剂势在必行。
2、近些年来，过渡金属磷化物(tmps)因其丰富的储量、高导电性和优良的电催化活性而备受关注。为了进一步提高催化剂的催化活性，众多研究者们已经开发了许多提升策略，尤其是通过构建多孔纳米结构和耦合碳基材料来提高催化剂的导电性并增加催化反应活性位点。通过减小过渡金属磷化物的尺寸以及构筑分级纳米结构，可以有效增加磷化物的比表面积，暴露更多的催化反应位点，进而提升磷化物的反应活性。而多孔结构设计有利于增加磷化物与电解液的接触，从而加速催化反应物种的扩散和反应速率。通过与碳基质耦合既可以进一步提升磷化物的电子传导速率，促进反应发生速率，还可以对磷化物进行保护，避免严苛的电解液环境对催化剂的腐蚀，有效提升催化剂的稳定性。
3、然而，目前过渡金属磷化物通常以有机磷和次磷酸盐为原料，通过液相途径和气
4、中国专利cn113845097a将三聚氰胺多聚磷酸盐作为前驱体合成磷化物的制备方法，但该文件存在一些技术缺陷：1.为了混合原料，该技术方案采取溶液搅拌混合过程，包括两次添加原料、搅拌、分离、洗涤、烘干等多个工艺程序，制备过程仍然相对麻烦；2.该技术方案所制备产物形貌均为无规则纳米颗粒聚集的堆积体，不利于暴露材料的活性位点，不利于电化学性能的充分释放；3.从xrd图中可以看到，该方案所合成的样品如wp、fep均含有杂相(wc、fe2p),并非是单一纯相，混合杂相将导致该技术在某些应用领域会造成实际使用困难。
5、因此，需要设计一种无毒可控的合成路径实现规模化制备可以应用于全水解的纯相的过渡金属磷化物纳米电催化剂。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物的通用制备方法和应用。本专利技术所提供的方法具有普适性，成本低、流程简单、易工业化等特点。
2、本专利技术所提供的技术方案如下：
3、一种氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、1)筛选制备原料，所述原料包括金属盐、含碳前驱体和三磷酸腺苷；将所述原料进行均匀混合，得到预产物；
5、2)将步骤1)得到的所述预产物进行热解处理，得到氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂。
6、上述技术方案采用三磷酸腺苷作为原料，三磷酸腺苷既作为磷源和氮源前驱体又能与金属离子配位，通过简单的混合及热解处理，即可以得到纳米尺寸的氮磷共掺杂碳包覆磷化物材料。
7、具体的，步骤1)中，筛选特定的含碳前驱体以及金属盐，与三磷酸腺苷共同作为制备磷化物的原料。
8、具体的，所述的含碳前驱体为了进一步增加氮含量，优选自含氮有机物，例如三聚氰胺、二氰二氨等，或者含氮生物质，例如酵母粉等中的任意一种或多种的混合。
9、具体的，所述的金属盐包括所有金属的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、乙酰丙酮盐等。
10、具体的，所述的金属盐与三磷酸腺苷按目标磷化物的原子摩尔比投料，所述的含碳前驱体与金属盐质量比为(1～10):1。
11、具体的，步骤2)中，将所述步骤1)筛选后的制备原料通过固相混合或液相混合形成所述的预产物。
12、具体的，所述的固相混合指室温下将所有干燥的制备原料置于研钵中或球磨罐中，通过手磨或球磨机充分混合研磨10～30分钟即得到预产物。
13、具体的，所述的液相混合指将所有原料依次倒入盛有一定量去离子水的烧杯中，通过磁力搅拌充分搅拌混合后，将水浴锅从室温升高温度至70℃并持续搅拌，直至完全蒸干得到预产物。
14、具体的，步骤3)中，将步骤2)得到的所述预产物在保护气体保护下，从室温升至800～1000℃，然后保温至反应完全，再自然降至室温，得到所述的氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物。
15、具体的，升温速率为(2～10)℃/min；保温时间为1～4小时。
16、具体的，所述的保护气体为氩氢气、氩气或氮气中的任意一种。
17、具体的，氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物的制备方法包括以下步骤：
18、步骤一：首先根据目标磷化物，筛选不同金属的无机盐或有机盐，不同种类含氮的碳前驱体，一定量的三磷酸腺苷，调控三种原料的投料比；
19、步骤二：将金属盐、含氮的碳前驱体与适量的三磷酸腺苷在室温下通过简单的固相研磨或者溶液搅拌蒸干得到预产物a；
20、步骤三：将预产物a转移至刚玉舟并放到管式炉中，在保护气体保护下，保护气氛为氩氢气(5～10wt％)、氩气或氮气，从室温以2～10℃/min的升温速率升至800-1000℃并且保温1～4小时，完全碳化后自然降至室温得到目标产物氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物催化剂。
21、本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物。
22、本专利技术所提供的上述材料中，氮磷双原子共掺杂具有协同效应，不同的尺寸和电负性调节了碳材料的电子结构和电荷密度等；纳米结构具有更大的比表面积，能够暴露更多的活性位点，所合成的磷化物具有优异的氢析出和氧析出催化反应活性及稳定性。
23、本专利技术还提供了上述氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物的应用，作为碱性电解水制氢双功能催化剂。
24、本专利技术有益效果是：
25、1.本专利技术首次采用三磷酸腺苷作为新型磷源制备了氮磷共掺杂碳包覆的过渡金属磷化物催化剂，三磷酸腺苷原位热解还原形成磷化物，有效避免磷化氢的产生，有望实现磷化物的规模化制备；纳米结构形成更多的活性位点，双原子协同效应增强碳材料导电性；
26、2.本专利技术采用的三磷酸腺苷可以作为金属离子络合剂，有效减小所形成磷化物的颗粒尺寸，形成纳米结构并增加了材料的比表面积，暴露更多的活性位点，提升磷化物的电化学性能；
27、3.本专利技术中三磷酸腺苷同时作为碳源前驱体，可以形成氮磷共掺杂碳基质，提高磷化物催化剂的稳定性，双原子掺杂的协同效应也可以有效增强碳材料的导电性；
28、4.本专利技术以三磷酸腺苷作为新型磷源，通过简单的固相方法结合后续本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括金属的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、乙酰丙酮盐。
3.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳前驱体选自含氮有机物，所述含氮有机物包括三聚氰胺、二氰二氨、酵母粉中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属盐、含碳前驱体和三磷酸腺苷通过固相混合或液相混合形成所述的预产物。
5.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述热解处理为在保护气体保护下，从室温升至800～1000℃保温至反应完全。
6.根据权利要求5所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，升温速率为2～10℃/min；保温时间为1～4小时。
7.根据权利要求5所述的氮磷共掺杂碳包覆
8.一种如权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂。
9.一种如权利要求8所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的应用，其特征在于：所述氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂作为电解水制氢的双功能催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括金属的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、乙酰丙酮盐。
3.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳前驱体选自含氮有机物，所述含氮有机物包括三聚氰胺、二氰二氨、酵母粉中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属盐、含碳前驱体和三磷酸腺苷通过固相混合或液相混合形成所述的预产物。
5.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂碳包覆过渡金属磷...
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