[發明專利]三維分級FeP納米片析氫電催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910373534.1
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN109989070B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 郭滿滿;屈耀輝;楊勇;袁彩雷;鄒成武;俞挺
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/075;B01J27/185;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發明涉及一種三維分級FeP納米片析氫電催化材料及其制備方法和應用，屬于電催化析氫領域。本發明首先采用交流電壓剝離鐵絲制備三維納米片鐵氧化物，作為前驅體；再以次亞磷酸鈉晶體為磷源，在石英管式爐中，一步熱處理反應制備三維FeP納米片析氫電催化材料。本發明提供的方法中三維納米片鐵氧化物制備工藝簡單、綠色，產率高；采用簡便、溫和的一步低溫磷化法制備三維FeP納米片析氫電催化材料，成本低、重復性高、易于大規模合成。三維FeP納米片材料用于電催化析氫反應時表現出優異的催化性能，得到還原電流密度10mA·cm^–2時，僅需測試過電位88mV，而塔菲爾斜率僅為47.7mV·dec^–1；具有良好的電催化穩定性。

技術領域

本發明屬于電催化析氫領域，具體涉及一種三維分級FeP納米片析氫電催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著社會經濟的持續發展，能源消耗量呈跨越式增加。目前，我國的能源消耗仍以利用不可再生的化石燃料為主，同時也帶來了嚴重的環境污染和溫室效應。為了應對化石燃料的日趨枯竭及其帶來的環境問題，尋找一種環境友好、可再生的能源生產模式迫在眉睫。

作為最清潔的能源載體，氫氣還擁有高能量密度、可再生的特點，可作為一種替代化石燃料的新型燃料。由于具有設備簡單、技術相對成熟、產物純度高和過程無污染等優勢，電解水制氫氣被認為是一種理想的可持續產能方式。而電解水工業存在的一個巨大瓶頸，即電解電極的析氫過電位過高造成電能消耗大。因此，開發能夠有效降低陰極析氫過電位的高活性催化劑，成為各國科研工作者目前面臨的挑戰和緊急任務。

目前，對于析氫反應過程，鉑族貴金屬具有最佳的電催化活性，但鉑族貴金屬在地球上存儲量有限，價格十分昂貴，且在反應過程中容易流失，不利于實現大規模的推廣。因此，尋找高效、地球上資源豐富的元素替代鉑族金屬來制備廉價、耐用的非鉑析氫催化材料對推動電催化制氫技術發展是至關重要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維磷化鐵納米片材料及其制備方法和應用。

本發明提供的一種三維磷化鐵納米片材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)以鐵質材料為電極，浸入NaOH水溶液中，在所述的電極上施加交流電壓，得到含有紅棕色懸浮物的水溶液；

(2)分離出含有紅棕色懸浮物的水溶液中的固態物質，洗滌并干燥，得到三維氧化鐵納米片；

(3)將三維氧化鐵納米片和NaH₂PO₂·H₂O晶體粉末分別放在管式爐內的兩個分離位置，其中NaH₂PO₂·H₂O晶體粉末處于上游，以惰性氣體(例如氬氣)為載氣，在管式爐的程序設定下進行加熱磷化反應，得到黑色的三維磷化鐵納米片材料。

優選的，所述的鐵質材料為鐵絲。

優選的，所述的NaOH水溶液的濃度為2～4mol·L^–1。

優選的，所述的交流電壓值為7～10V，施加交流電壓的時間為1h。

優選的，所述的三維氧化鐵納米片和NaH₂PO₂·H₂O晶體粉末的質量比為1:10。

優選的，所述的管式爐的程序設定參數為：以2℃·min^–1的升溫速率從室溫升至250～350℃，然后保持2～3小時，最終自然冷卻。

本發明提供的一種三維磷化鐵納米片材料，采用上述方法制備得到。該三維磷化鐵納米片材料可以作為電催化劑，用于電分解水析氫反應。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：