[發明專利]一種多孔多殼式磷化鎳空心微球及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710291941.9
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107142488B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 程方益;孫洪明;李海霞;梁靜;陶占良;陳軍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;C01B25/08;B01J27/185
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 顏濟奎

一種多孔多殼式磷化鎳空心微球化合物，具有多孔二級納米結構，化學式為Ni₂P，其Ni:P元素比為2:1，微米球直徑為1.5?2.5μm，多孔的殼由12?17nm的二次納米顆粒組裝而成；采用固相磷化多殼式NiO前驅體的方法制備，其前驅體NiO由自模板法制備而成；該材料可以構成三電極體系用于其電催化析氫性能的測試。本發明的優點是：該制備方法操作簡單，原料廉價、來源豐富，產物純度高，結晶性好，形貌可控，由納米顆粒組裝而成的多孔多殼式空性結構有利于電極氣液固三相界面接觸，能提供更好的物質傳輸通道，納米顆粒的結構單元可以提供更多的催化活性位點，從而有效地提高其電催化活性，產物同時具有良好的電化學穩定性，可作為新型催化劑應用于電解水等。

技術領域

本發明涉及氫析出電催化劑的制備，特別是一種多孔多殼式磷化鎳空心微球及其制備和應用。

背景技術

能源和環境是人類社會可持續發展涉及的最主要的問題之一。化石燃料的枯竭和其使用導致的嚴重的環境污染，也使得發展可持續無污染的能源成為了當今科學界研究和發展的重要方向。氫能作為具有高能量密度的清潔能源，受到了廣泛關注。由于原料來源豐富無污染，電解水制氫是實現工業化廉價制備氫氣的重要手段。目前，電解水制氫的催化劑中使用最廣泛的是貴金屬鉑及其合金化合物。但鉑等貴金屬價格昂貴、資源稀缺，嚴重阻礙了電解水制氫的大規模應用。因此，開發價格低廉、性能優異的非貴金屬電催化析氫催化劑已成為電解水制氫發展的迫切任務。

過渡金屬鎳的磷化物由于原料來源廣泛、價格低廉、導電性好以及優異的電催化性能等特點，受到了眾多研究者的關注。例如，Schaak等人(E.J.Popczun,J.R.McKone,etal.J.Am.Chem.Soc.2013,135,9267-9270)制備磷化鎳納米顆粒作為高效的電催化析氫催化劑，liu等人(X.G.Wang,Y.V.Kolen’ko,L.F.Lin.Chem.Commun.,2015,51,6738-6741)將Ni₂P納米棒生長在泡沫鎳上，其在酸性條件下表現出較高的電催化析氫催化活性。一般來說，調節催化劑的微結構和形貌使其展現出更多的催化活性位點是提高催化劑催化活性的有效途徑之一。三維的多殼空心結構由于其具有較大的比表面積和多孔的殼結構，所以能夠提供充裕的活性位點和較快的離子和電子傳輸通道。具有三維多孔多殼空心結構的材料被廣泛應用于催化、太陽能電池和生命醫學等領域(J.Qi,X.Y.Lai,etal.Chem.Soc.Rev.2015,44,6749)。目前為止，不同組成的金屬氧化物(例如：Co₃O₄，ZnO，Fe₃O₄，TiO₂，CuO，CoMn₂O₄等)、硫化物(NiCo₂S₄等)、二氧化硅和碳等多孔多殼式空心結構相繼被制備和報道，但具有多殼式空心結構的金屬磷化物還沒有報道。本發明開發了一種具有多孔多殼式空心結構的磷化鎳高活性電催化劑。采用簡單自模板法制備出多殼的氧化鎳空心微球前驅體，然后通過固相磷化氧化鎳前驅體的方法得到多孔多殼式磷化鎳空心微球結構，并首次將其應用到電催化析氫反應，其中多孔的多殼式磷化鎳空心微球在過電位、塔弗爾斜率和穩定性等方面優點突出，顯示了其在電解水制氫等方面的潛在應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術分析，提供一種多孔多殼式空心結構的磷化鎳微球及其制備方法，該磷化鎳微球為多孔的多殼式空心微球型，系由二次納米顆粒組裝而成的多孔多殼空心結構，為水分子和氫氣提供了良好的輸運通道，產物純度高、結晶性好、活性高，原料豐富，制備方法簡單，作為電催化劑應用具有較高的催化效率。

本發明的技術方案：

一種多孔多殼式磷化鎳空心微球化合物，具有多孔二級納米結構，化學式為Ni₂P，其Ni:P元素比為2:1，微米球直徑為1.5-2.5μm，多孔的殼由12-17nm的二次納米顆粒組裝而成。