[發明專利]一種雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910325365.4
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110124702A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 劉毅;趙蓉;楊夢雅;王歡;姜永學;王聰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J37/28;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 徐關壽

本發明公開了一種雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料的制備方法，包括步驟1）將氧化石墨烯溶于水，超聲至均勻；2）將四水合醋酸鎳和四水合醋酸鈷分別加到氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻得溶液A；3）將2,5?二羥基對苯二甲酸與氫氧化鈉溶于去離子水中，攪拌均勻得溶液B；4）將溶液A與溶液B均勻混合反應后，離心收集得到沉淀物，將沉淀物洗滌后冷凍干燥，得含Ni、Co雙金屬MOF復合氧化石墨烯納米材料；5）將步驟4）中得到的材料和次磷酸鈉分別置于管式爐中，在惰性氣氛下升溫并保溫一段時間，冷卻至室溫后得到含Ni與Co的雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料NiCo/P?rGO。本方法操作簡便、成本低廉，得到的材料具有較好的電催化性能。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，尤其是涉及一種含Ni和Co的雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的飛速發展，對能源的需求日益增加，傳統的化石能源已無法滿足日益增長的社會需要，并給環境帶來極大的污染。因此，尋找清潔可持續的能源已成為人們共同關注的焦點。氫氣由于具有高能量密度、高轉換效率和清潔無污染等優點，被認為是解決當前能源危機與環境問題的理想替代能源。目前，電解水制氫是一種應用較為廣泛的制氫技術，整個水分解過程包含兩個半反應：析氫反應(HER)和析氧反應(OER)。這兩個半反應在電解水過程中涉及多電子轉移，是動力學緩慢過程，需要較大的電位才能實現，在實際應用中受到了一定程度的限制。因此，在電解水的過程中，合適的電極催化劑的選擇和使用可以有效地降低反應的能壘，提高電解水制氫的效率。目前為止，Ir/Ru與Pt基材料是最理想最有效的OER和HER的催化劑，但是由于存在其成本過高、地殼含量稀少、穩定性差等問題，嚴重阻礙了它們在電解水領域的廣泛應用。因此，設計低成本、可替代的雙功能電解水催化劑顯得尤為必要。

金屬有機框架是指以金屬離子或金屬簇為配位中心，與有機配體以一定的空間順序相互連接而形成的化合物。具有比表面積大、結構可調控、孔隙率高等諸多優點，被廣泛用于液相分離、分子識別、電化學傳感器和電催化等領域。目前為止，已有眾多相關文獻報道，通過調節金屬有機框架材料中的金屬中心和有機配體，成功將其用作電解水電極材料。但多數金屬有機框架材料結構不穩定、導電性差，對其在電催化方面的應用起到了一定的阻礙作用。氧化石墨烯(GO)是一種典型二維材料，具有良好的導電性。因表面含有豐富的含氧基團使其能夠與金屬有機框架材料復合，有效地增加了材料的導電性；與此同時，GO穩定的二維層狀結構為金屬有機框架材料提供了良好的支撐作用，提高了金屬有機框架結構的穩定性。

過渡金屬磷化物在電化學能量轉換和存儲技術方面具有巨大的潛力，擁有著廣泛應用，如電解水、燃料電池和金屬-空氣電池。近幾年的研究表明，過渡金屬磷化物(TMPS)不僅能在0-14的pH范圍內具有高活性、高穩定性的析氫反應(HER)，在堿性介質中，對析氧反應(OER)也具有優異的電催化性能。與此同時，過渡金屬磷化物含量豐富、成本低，催化穩定性好，在電解水領域具有非常重要的開發潛力。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種具有較好OER和HER雙功能電催化性能，含有Ni和Co的雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種雙金屬磷化物復合還原石墨烯納米電催化材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將氧化石墨烯溶于去離子水中，超聲得到均勻的氧化石墨烯溶液，其濃度為0.5-1mg/mL；

2)將四水合醋酸鎳和四水合醋酸鈷分別加到0.5-1mg/mL的氧化石墨烯溶液中，其中四水合醋酸鈷和四水合醋酸鎳的物質的量之比為0.25-6:1，攪拌至均勻，得到溶液A；

3)將2,5-二羥基對苯二甲酸與氫氧化鈉分別溶于20-40mL的去離子水中，其中2,5-二羥基對苯二甲酸與氫氧化鈉的物質的量之比為1:3-5，攪拌至均勻，得到溶液B；