【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双功能电催化剂制备，具体涉及一种钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法。
技术介绍
1、氢能作为一种清洁能源得到广泛应用，它在缓解人类面临的全球能源和环境挑战方面具有巨大潜力。目前，利用可再生能源进行电解水分解被认为是清洁能源转换和储存的最有效方法之一，可为氢燃料电池提供高纯度的氢气(h2)。电催化水分解的主要挑战在于设计高效的电催化剂，用于降低析氧反应(oer)和析氢反应(oer)的高过电位，从而加快反应速度(chem.eng.j.2022,446,137297)。尽管贵金属铂(pt)和钌/铱(ru/ir)基催化剂仍分别是her和oer最有效的电催化剂，但它们的稀缺性和高成本极大地限制了其商业应用。因此，设计丰富、低成本、高效和稳定的非贵金属电催化剂对于开发h2能源至关重要。
2、众所周知，稀土金属由于存在未填充的4f电子轨道，而具有优异的物理、化学、光学和电学特性(nanoscale horiz.2021,7,31-40)。其中，钇(y)电子结构中的5d电子轨道是空的，可用作催化反应的电子中转站，而含有y元素的催化剂可利用y元素显著的氧化和还原能力，实现优异的催化活性(green chem.2020,22,5333-5344)。此外，添加y元素还能提高催化剂的机械强度、导电性和热稳定性。钇基材料在甲基橙降解、加氢脱硫和有机聚合等催化应用中已得到应用(adv.mater.2021,33,2005988)。然而，使用含y原子催化剂进行水电解的报道却很少。因此，使用廉价的y原子作为贵金属的替代品来制
3、过渡金属磷化物(tmps)是一种很有前途的her电催化剂，磷的存在可以在保持电子结构的同时稀释金属原子，从而降低氢原子的吸附自由能。此外，由于磷的电负性较弱，自由电子对金属原子的束缚作用有限，使许多tmps具有良好的导电性，因此一些贵金属磷化物可以表现出超导特性。虽然tmps的her性能取得了重大进展，但其催化水分解(包括oer)的整体性能仍需大幅提高，才能满足工业应用的期望(appl.catal.b environ.2020,268,118440)。等离子体是与固态、液态和气态并列的第四种物质状态，在电催化剂工程学方面具有很多优势，例如可以提高催化剂与催化支撑材料之间的界面耦合，在更低的温度下实现有效的杂原子掺杂等(chem.eng.j.2020,399,125831)。因此，结合等离子体技术发展一种钇掺杂过渡金属磷化物电催化剂的制备方法具有重要的研究意义，将可能会为推进清洁h2能源技术开辟一个新的研究领域。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法。该方法首先通过介质阻挡放电(dbd)等离子体对镍钴合金泡沫(ncf)进行改性，在ncf表面形成宏观纳米缺陷；然后在等离子体处理过的ncf(pncf)表面原位水热生长出光滑的钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片(ynico ldh/pncf)；最后，在氮气中利用射频等离子体进行磷化处理，得到钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂(n-ynicop/pncf)。本专利技术填补了在双功能水电解领域应用掺钇催化剂和等离子体系统的知识空白，在析氧反应和析氢反应方面有着巨大的潜在应用价值。
2、所述钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一、采用介质阻挡放电对三维骨架结构的镍钴合金泡沫进行等离子体表面预处理，得到预处理的镍钴合金泡沫；
4、步骤二、水热法原位生长钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片，具体为：
5、首先，将六水合硝酸钇、尿素、氟化铵溶于去离子水中，在搅拌器上搅拌15～30min，直到形成均匀的絮凝介质；然后将预处理的镍钴合金泡沫在180～200℃保温5～15h，反应釜冷却至40℃后得到反应后的样品，用去离子水和乙醇清洗样品，干燥后得到钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片；
6、水热法原位生长即为在镍钴合金泡沫表面生长钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片。
7、步骤三、制备钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂，具体为：
8、在等离子体增强化学气相沉积反应器中，将钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片和粉末状红磷分别放置于石英舟的下游和上游，并通入氮气，采用两个圆形铜制电极缠绕在一个石英管上，并与一个射频源相连，以产生等离子体；然后，以2～5℃ min-1从室温升至500～600℃，在等离子体中暴露1～3h，其中放电功率为100w，压力为2～15pa；磷化过程结束后，冷却至25℃，得到钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂。
9、进一步，优选所述步骤一中得到预处理的镍钴合金泡沫采用的具体方法为：打开介质阻挡放电放置，调节预处理功率，进行预热处理；预热处理完成后，将充分干燥好的镍钴合金泡沫放入介质阻挡放电装置中两个圆盘电极之间，调节等离子放电处理功率，对镍钴合金泡沫进行放电处理，放电处理后得到预处理的镍钴合金泡沫。
10、进一步，优选所述步骤二中六水合硝酸钇、尿素、氟化铵，摩尔比为1：20～100：10～100；反应物的总摩尔数与去离子水的体积之比为1mmol：1～100ml。
11、进一步，优选所述步骤三中粉末状红磷与钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片的质量之比为1：2～10g。
12、进一步，优选所述圆形铜制电极具体为采用铜材料制作的管状结构，在管状结构的管壁上开设有若干个内外相通的散热孔。
13、进一步，优选所述步骤三中射频源的射频为13.56mhz，功率为500w。
14、进一步，优选所述介质阻挡放电放置的电压为10～30kv，频率为10～30khz，石英介质层厚度1～2mm，平板放电间隙为3～4mm。
15、进一步，优选所述等离子体表面预处理的时间为5～20min。
16、进一步，优选所述调节预处理功率的范围为50～100w；所述调节等离子放电处理功率的范围为50～100w。
17、进一步，优选所述步骤三中磷化过程结束后，采用在20sccm的n2流量下冷却至25℃。
18、本专利技术的实质性特点为：
19、本专利技术在dbd预处理的镍钴合金泡沫基体上原位制备特殊的纳米片状钇掺杂镍钴层状双氢氧化物，然后再利用等离子体化学辅助合成钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂。本专利技术巧妙的实现了双低温等离子体辅助化学合成非贵金属电催化剂，不仅提升电催化剂的催化性能、导电性以及稳定性，而且避免了高昂的制作成本和金属盐离子对环境的污染问题，制备的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片进一步提升材料的电催化性能。
20、本专利技术的有益效果是：
21、本专利技术提出一种低温等离子体化学辅助制备钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂。由图1～4可以看出制得的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂具有明显的片状结构，且具有超大的活性表面积、丰富的活性中心和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中得到预处理的镍钴合金泡沫采用的具体方法为：打开介质阻挡放电放置，调节预处理功率，进行预热处理；预热处理完成后，将充分干燥好的镍钴合金泡沫放入介质阻挡放电装置中两个圆盘电极之间，调节等离子放电处理功率，对镍钴合金泡沫进行放电处理，放电处理后得到预处理的镍钴合金泡沫。
3.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，六水合硝酸钇、尿素、氟化铵，摩尔比为1：20～100：10～100；反应物的总摩尔数与去离子水的体积之比为1mmol：1～100mL。
4.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中粉末状红磷与钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片的质量之比为1：2～10g。
5.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述圆形铜制电极具体为采
6.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中射频源的射频为13.56MHz，功率为500W。
7.根据权利要求2所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述介质阻挡放电放置的电压为10～30kV，频率为10～30KHz，石英介质层厚度1～2mm，平板放电间隙为3～4mm。
8.根据权利要求1或7所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述等离子体表面预处理的时间为5～20min。
9.根据权利要求8所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述调节预处理功率的范围为50～100W；所述调节等离子放电处理功率的范围为50～100W。
10.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中磷化过程结束后，采用在20sccm的N2流量下冷却至25℃。
...【技术特征摘要】
1.一种钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中得到预处理的镍钴合金泡沫采用的具体方法为：打开介质阻挡放电放置，调节预处理功率，进行预热处理；预热处理完成后，将充分干燥好的镍钴合金泡沫放入介质阻挡放电装置中两个圆盘电极之间，调节等离子放电处理功率，对镍钴合金泡沫进行放电处理，放电处理后得到预处理的镍钴合金泡沫。
3.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，六水合硝酸钇、尿素、氟化铵，摩尔比为1：20～100：10～100；反应物的总摩尔数与去离子水的体积之比为1mmol：1～100ml。
4.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中粉末状红磷与钇掺杂镍钴层状双氢氧化物纳米片的质量之比为1：2～10g。
5.根据权利要求1所述的钇和氮掺杂磷化镍钴纳米片状电催化剂的制备方法，其特征在于，所...
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