[發明專利]一種用于氫析出反應的硫摻雜磷化鎳催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710703167.8
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107502919B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 邢巍;常進法;李國強;劉長鵬;葛君杰;李晨陽;梁亮;張弘
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王洋;趙青朵

本發明提供了一種用于氫析出反應的硫摻雜磷化鎳催化劑的制備方法，包括：A)將鎳源、銨源、尿素和水混合，超聲、攪拌分散得到第一復合載體；B)將第一復合載體在支撐體上反應得到第二復合載體；C)將第二復合載體和磷源、硫源反應得到氫析出的磷化鎳催化劑。本發明提供的方法首先將鎳源、銨源、尿素和水反應得到氫氧化鎳第一復合載體，而后在支撐體上生長得到第二復合載體；而后同時和磷源、硫源反應得到硫摻雜的磷化鎳催化劑。本發明的方法將催化劑直接生長于集流體上，使得集流體和催化劑連接更加緊密，無需粘結劑，不僅節約了成本，還增大了電導率，使得電荷傳質更為快捷，同時對氫析出反應具有高催化活性和高穩定性。

技術領域

本發明涉及電解水技術領域，尤其是涉及一種用于氫析出反應的硫摻雜磷化鎳催化劑及其制備方法。

背景技術

電解水技術為可再生能源儲存提供了有吸引力的化學方法。作為電解水的陰極半反應，氫析出反應需要有效的催化劑，以使電解水反應在較低過電位下產生較大的電流密度。貴金屬如鉑催化劑是目前最有效的氫析出催化劑，然而，由于鉑的低地殼含量豐度和高價格抑制了電解水技術的大規模商用。因此開發高效的、廉價的、易制備的、具有長效耐久性的催化劑是研究工作者努力的方向和面臨的最大挑戰。大部分電解水設備和水電解槽及其器件被設計為在酸性條件下操作，基于質子交換膜技術的電解單元也要求在強酸性條件下工作。鎳(Ni)作為一種有趣的非貴金屬可用于低成本的催化析氫反應。然而，通常鎳和鎳合金催化劑由于酸性溶液中的腐蝕問題而限于堿性溶液。過渡金屬磷化物(TMP)是具有類金屬特性的重要化合物，由于其良好的導電性而廣泛用于催化氫析出反應。

一系列具有無定形、單晶或者多晶結構的鎳磷化物已經被廣泛研究(X.Wang,Y.V.Kolen'ko,X.Q.Bao,K.Kovnir,L.Liu,One-Step Synthesis of Self-SupportedNickel Phosphide Nanosheet Array Cathodes for Efficient ElectrocatalyticHydrogen Generation,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,548188-8192)。最近的研究表明，位于具有P端基表面的金屬磷化物結構中的P中心上的極化誘導的部分負電荷吸引質子使其排放更容易，從而促進了氫析出反應的順利進行(S.Anantharaj,S.R.Ede,K.Sakthikumar,K.Karthick,S.Mishra,S.Kundu,Recent Trends and Perspectives in ElectrochemicalWater Splitting with an Emphasis on Sulfide,Selenide,and Phosphide Catalystsof Fe,Co,and Ni:A Review,ACS Catal.,2016,6 8069-8097)。顯而易見的是，具有較高P含量的金屬磷化物具有更高的氫析出反應活性。然而，需要指出的是，過渡金屬磷化物的表面容易被氧化，這導致(電)化學穩定性在長時間和連續操作中不能維持較長時間(Z.Huang,Z.Chen,Z.Chen,C.Lv,H.Meng,C.Zhang,Ni₁₂P₅Nanoparticles as an EfficientCatalyst for Hydrogen Generation via Electrolysis and Photoelectrolysis,ACSNano,2014,8,8121-8129)。此外，傳統的粉末催化劑在與集流體復合時，一般需要諸如Nafion或者PTFE作為粘結劑，這些粘結劑會阻塞催化劑的催化活性位點，同時催化劑和集流體的結合并不是特別牢固，催化劑容易從集流體上脫落而導致催化活性位點減少，催化活性下降。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種硫摻雜的磷化鎳催化劑的制備方法，其中硫摻雜可以有效抑制硫化鎳表面被氧化，從而在無需粘結劑的同時對氫析出反應兼具高催化活性和高穩定性。

本發明提供了一種用于氫析出反應的硫摻雜磷化鎳催化劑的制備方法，包括：