[發(fā)明專利]磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910168992.1
• 申請(qǐng)日: 2019-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN109939707B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李越;溫路路;李昕揚(yáng);刑昌昌;蔡偉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): B01J27/188
• 分類號(hào): B01J27/188;C25B1/04;C25B11/091;C25B11/061;C25B11/054
• 代理公司: 北京凱特來知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

本發(fā)明公開了一種磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法與應(yīng)用，將硝酸鈷、尿素、氟化銨在水中混合在一起，制得前驅(qū)體混合溶液；將基底置于前驅(qū)體混合溶液中，在基底上制得鈷前驅(qū)體納米棒材料；將對(duì)干燥后的基底和鈷前驅(qū)體納米棒以及次亞磷酸鈉置于管式爐中，保護(hù)氣氛下熱處理后制得磷化二鈷納米棒；最后將基底和制得的磷化二鈷納米棒置于硝酸鎳、鎢酸鈉混合溶液中，在基底上制得磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料，該材料可直接作為電化學(xué)分解水的工作電極。不僅具有雙功能的既能用于電解水析氫也能用于電解水析氧的高催化活性，而且快速高效、成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)保無污染，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料，尤其涉及一種磷化二鈷@鎢酸鎳(即以磷化二鈷納米棒為核體、以鎢酸鎳納米片為外殼的核殼結(jié)構(gòu))核殼異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

化石燃料的加速耗竭和環(huán)境污染的日益加重,將水分解成氫氣和氧氣,以化學(xué)鍵的形式儲(chǔ)存光能或電能吸引了越來越多科研工作者的關(guān)注。水分解可分為兩個(gè)半反應(yīng):氫氣生成反應(yīng)(HER)和氧氣生成反應(yīng)(OER),這兩個(gè)半反應(yīng)對(duì)于提高全解水的效率都至關(guān)重要。為了增加反應(yīng)速率、降低過電勢(shì),研究者制備并探究了許多高效的HER和OER電催化劑。目前，普遍認(rèn)為Pt基和Ir/Ru基貴金屬催化劑具有最好的HER和OER效果，但是儲(chǔ)量低，價(jià)格昂貴和穩(wěn)定性差限制了它們的廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)高效且穩(wěn)定的水分解的非貴金屬電催化劑勢(shì)在必行。

近年來，電解水催化劑取得了巨大的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)過渡金屬氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、磷化物、硫化物和硒化物等有較好的HER活性，過渡金屬基氧化物/氫氧化物，氮化物，鈣鈦礦等有較好的OER效果。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然已開發(fā)了很多應(yīng)用于水分解的HER或者OER催化劑,但是很少的研究工作探究雙功能的既能用于HER也能用于OER的催化劑,因此雙功能催化劑的開發(fā)依然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),同時(shí)也為設(shè)計(jì)全解水催化劑提供了思路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料，該磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料均勻有序緊密的生長(zhǎng)在泡沫鎳基底上，其以磷化二鈷納米棒為核體、以鎢酸鎳納米片為外殼的核殼異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。

上述的磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟A、將硝酸鈷、尿素、氟化銨水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸鈷濃度為60～120毫摩爾/升、尿素濃度為0.3～0.6摩爾/升、氟化銨濃度為0.15～0.3摩爾/升，從而制得前驅(qū)體混合溶液；

步驟B、將基底置于所述前驅(qū)體混合溶液中，并將所述基底與所述前驅(qū)體混合溶液一起轉(zhuǎn)移到高壓釜中，然后在110～130℃下反應(yīng)360～600分鐘，從而在所述基底上制得鈷前驅(qū)體納米棒材料；

步驟C、對(duì)所述基底以及基底上的鈷前驅(qū)體納米棒進(jìn)行干燥，然后按照所述鈷前驅(qū)體納米棒:次亞磷酸鈉＝1:20的質(zhì)量比，將干燥后的基底連同基底上的鈷前驅(qū)體納米棒置于盛有次亞磷酸鈉的瓷舟中，再將該瓷舟置于管式爐中，并在保護(hù)氣體的保護(hù)下以300～350℃加熱0.5～2小時(shí)，冷卻至室溫，從而在基底上制得磷化二鈷納米棒；

步驟D、將硝酸鎳、鎢酸鈉水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸鎳濃度為2～10毫摩爾/升、鎢酸鈉濃度為2～10毫摩爾/升，從而制得混合溶液；

步驟E、將在基底上制得磷化二鈷納米棒置于所述混合溶液中，并將所述基底上制得磷化二鈷納米棒與所述混合溶液一起轉(zhuǎn)移到高壓釜中，然后在160～180℃下反應(yīng)360～480分鐘，從而在所述基底上制得磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料。

上述所述的磷化二鈷@鎢酸鎳核殼異質(zhì)結(jié)材料的應(yīng)用，應(yīng)用在電化學(xué)分解水中。