[發明專利]一種具有3D介孔結構的FePx的制備及其電解水產氫應用

有效

• 申請號: 201811024243.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109402663B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 姜魯華;王敏;趙儒鵬
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/03;C25B1/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明公開了一類用于電解水析氫反應的催化劑，即3D介孔FeP_x及其制備方法，它是通過物理氣相沉積法將二茂鐵負載到載體材料SBA?15的孔道中，經高溫煅燒除去SBA?15模板后得到3D介孔FeO_x，并進而與次磷酸鈉(NaH₂PO₂)在低溫下反應制備得到。這類FeP_x催化劑為弱結晶的FeP，具有3D介孔孔道結構，比表面積較大。本發明提供的制備方法簡單易行，環境友好，成本低廉。本發明制備的3D介孔FeP_x當用作電解水HER催化劑時，具有較高的催化活性。

技術領域

本發明屬于介孔催化材料領域，涉及一類用于電解水產氫反應的新型、綠色、高效3D介孔結構FeP_x電解水析氫催化劑及其合成方法。具體地說，本發明涉及3D介孔結構的FeP_x及其合成方法。

背景技術

電解水制氫(HER)是一種綠色無污染的制備氫氣的技術。然而，目前常用的HER催化劑是貴金屬Pt，其成本高昂，儲量較低，限制了其大規模使用。設計制備一類高活性、高穩定性、低廉的非貴金屬基HER催化劑意義重大。過渡金屬磷化物(TMP)是一類被廣泛研究的HER催化劑，在TMP中，金屬原子一般具有三棱柱結構單元，這些棱柱單元以不同的堆積方式形成各向異性的結構，該特殊結構會導致金屬磷化物具有更多的不飽和表面原子，使得TMP具有較高的本征催化活性。TMP通常經過高溫焙燒磷化得到，導致比表面積較低，限制了其性能的進一步提高。公開號為CN102442652A的專利涉及一種過渡金屬磷化物磷化鐵的制備技術。采用磷酸鐵作為前驅體，硼氫化鉀作為還原劑，將鐵的磷酸鹽與還原劑按摩爾比1:1.5-1:2 在研缽中研磨，混合均勻，在500-600℃氬氣保護下反應30min；所得產物研細，用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌三次，然后60℃真空干燥12h，得到產品Fe₂P。但高溫煅燒制備的磷化物易導致低的比表面積。因此，設計制備一類具有高比表面積的TMP有利于其催化性能的提高。

發明內容

本發明針對現有技術中FeP_x制備技術的不足，提供了一種新穎的3D介孔結構FeP_x及其合成方法，利用該方法制備的FeP_x具有介孔結構和高比表面積。

一方面，本發明提供了一種3D介孔結構FeP_x，它是通過物理氣相沉積法向SBA-15模板的孔道中負載二茂鐵，并經高溫煅燒除去SBA-15模板后，得到3D介孔FeO_x，進而與次磷酸鈉(NaH₂PO₂)在低溫下反應得到的。

在一個優選的實施方式中，該3D介孔結構FeP_x材料具有3D結構及介孔孔道；具有較高的比表面積(20-80cm²g^-1)。將其用于HER反應，具有較高的催化活性。

另一方面，本發明還提供了一種3D介孔結構FeP_x電催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

(1)制備模板材料SBA-15；

(2)利用物理氣相沉積法將二茂鐵負載到SBA-15中，空氣氣氛中煅燒后除模板獲得3D 介孔結構FeO_x。

(3)將3D介孔結構FeO_x與次磷酸鈉在氮氣氣氛中低溫煅燒獲得3D介孔結構FeP_x。并記為FeP_x-T，其中T為煅燒溫度。其中，次磷酸鈉位于進氣方向。

較佳的，所述SBA-15可以為SBA-15、KIT-16、MCM-41等有序介孔硅材料、沸石等分子篩材料、陽極氧化鋁(AAO)以及金屬有機框架材料(MOF)等含孔模板材料中的至少一種。

又，較佳地，所述次磷酸鈉可以為紅磷，白磷，PH₃，次磷酸鈉中的至少一種。