[發(fā)明專利]一種多種基底負載多孔納米片狀磷化鎳材料的制備方法

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• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109876834A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 蔡金光;胡存;呂超;羅軍洪;石巖;宋江鋒;張志
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 唐健玲

本發(fā)明公開了一種多種基底負載多孔納米片狀磷化鎳材料的制備方法，首先將基底進行超聲波清洗，然后將其置于催化劑溶液中進行無電鍍鎳催化劑的負載，再將負載催化劑的基底置于無電鍍鎳溶液中進行無電鍍鎳，最后將磷置于坩堝底部、將鍍鎳后的基底置于磷上方，蓋好坩堝蓋后置于管式爐中進行磷化，即得到基底負載的多孔納米片狀磷化鎳材料。該方法工藝簡單，成本低廉，周期短。制備得到的磷化鎳/導電基底材料在酸性電解液中電催化析氫活性高，具有很低的過電勢和Tafel斜率，且具有很高的穩(wěn)定性，同時力學性能好，可以直接作為析氫電極組裝酸性電解池，具有很高的應用價值。

技術領域

本發(fā)明涉及非貴金屬電催化分解水制氫領域，具體涉及一種多種基底負載多孔納米片狀磷化鎳材料的制備方法。

背景技術

氫氣具有熱值高、儲量豐富、無污染、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)點，是未來可以替代煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料的新一代能源載體。利用收集的太陽能、風能、地熱能等清潔能源結合電解水制氫技術將是最有希望實現(xiàn)的生產(chǎn)氫氣的理想途徑。但是，即使是這種途徑，要實現(xiàn)高效的電解水制氫也需要催化劑才行。目前效率最高的電催化劑都是如鉑等貴金屬材料，其稀有儲量和高價格大大限制了電解水制氫的應用。因此，開發(fā)具有高催化活性、儲量豐富、價格低廉且在電解質(zhì)溶液中穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑具有重要的經(jīng)濟價值和社會意義。

截至目前，過渡金屬硫化物、硒化物、磷化物等都得到了研究者的關注，也表現(xiàn)出一定的電催化析氫性能。其中，磷化鎳由于其高催化活性和酸性介質(zhì)穩(wěn)定性收到了研究者的重點關注，目前也有一些比較有效的制備磷化鎳的方法。比如采用高溫油浴方法可以合成得到磷化鎳的納米晶，但這種方法需要負載在電極上才能用于析氫催化。另外，還有相當一部分工作是在鈦片、碳布等導電基底上先生長鎳的氧化物或者氫氧化物前體微納結構，然后在次磷酸鈉產(chǎn)生的磷化氫氣氛中轉(zhuǎn)化成磷化鎳，但該方法具有很大的危險性，且磷化重復性較差。

一個好的具有實用價值的電催化劑需要滿足幾個要求：制備方法簡單重復性好、高導電性、高催化活性以及高穩(wěn)定性。目前大部分磷化鎳析氫催化劑均不能滿足這些要求，大都制備過程繁瑣，穩(wěn)定性能差，機械性能差，不利于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。因此有必要發(fā)展更為簡單、有效、重復性好且利于規(guī)?；a(chǎn)的高性能磷化鎳電催化劑的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種在導電基底負載多孔納米片狀磷化鎳材料的制備方法，該方法工藝簡單，成本低廉，周期短。制備得到的磷化鎳/ 導電基底材料在酸性電解液中電催化析氫活性高，具有很低的過電勢和Tafel斜率，且具有很高的穩(wěn)定性，同時力學性能好，可以直接作為析氫電極組裝酸性電解池，具有很高的應用價值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種多種基底負載多孔納米片狀磷化鎳材料的制備方法，首先將基底進行超聲波清洗，然后將其置于催化劑溶液中進行無電鍍鎳催化劑的負載，再將負載催化劑的基底置于無電鍍鎳溶液中進行無電鍍鎳，最后將磷置于坩堝底部、將鍍鎳后的基底置于磷上方，蓋好坩堝蓋后置于管式爐中進行磷化，即得到基底負載的多孔納米片狀磷化鎳材料。

具體的說，基底的超聲波清洗包括以下步驟：將基底依次置于鹽酸水溶液、丙酮和乙醇超聲處理5～15分鐘，將超聲處理后的基底經(jīng)去離子水洗滌后干燥，在此，應當注意的是，基底的清潔也可以用其他的洗滌方法，只要能達到基底表面清潔的目的即可。

其中，原則上本方法可以在任意基底上使用，但作為優(yōu)選，所述基底為包括碳布、鈦片、硅片、FTO、ITO、蠶絲、樹葉、紙巾、棉花中任意一種在內(nèi)的基底。并且，基底的面積不限，只要后續(xù)涉及的裝置能夠容納即可。

具體的說，無電鍍鎳催化劑的負載包括以下步驟：將基底置于氯化鈀和聚乙烯吡咯烷酮水溶液中浸泡50～70分鐘，取出干燥后再置于還原劑溶液中浸泡 5～15分鐘，洗滌并干燥。

更具體的說，所述氯化鈀和聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，氯化鈀的濃度不低于1ppm，聚乙烯吡咯烷酮濃度在0至溶解度之間。