[發明專利]一種中空結構過渡金屬納米催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201910545831.X
• 申請日: 2019-06-23
• 公開（公告）號: CN110449173B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 葉鋒;劉鵬;王志明;禹航宇;徐超;杜小澤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: B01J27/19
• 分類號: B01J27/19;B01J35/10;H01M4/90
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 夏娟娟

一種中空結構過渡金屬納米催化劑及其制備方法，所述制備方法以合成Ni為核，過渡金屬包覆Ni，部分形成Ni過渡金屬合金，通過酸刻蝕單質Ni，合成出中空結構過渡金屬納米催化劑，通過調整前驅體的初始濃度、還原劑和前驅體的比例、以及反應溫度等制備出高度分散、納米尺度的中空結構過渡金屬納米催化劑。本發明不需要將金屬前驅體進行預處理，也不需要任何表面活性劑或保護劑，液相下即可直接合成，通過電子效應有效調控可提高催化活性，而且制備過程操作簡便可控，所制備的產品可以用于質子交換膜燃料電池陰極催化劑，還可以用于燃料電池陰、陽極催化劑，以及復合結構納米材料、納米技術、可控合成等領域。

技術領域

本發明屬于用納米技術、化學方法生產納米催化劑的技術領域和催化材料領域，特別涉及到以NiMoP/石墨烯為基礎的中空結構過渡金屬納米催化劑的制備方法。

背景技術

質子交換膜(PEM)電解水制氫技術是獲取氫能的重要途徑之一，獲得的氫氣純度高、無污染，目前此技術己成為國內外氫能技術領域的研究熱點。制氫技術的關鍵材料之一是析氫催化劑，目前PEM電解水析氫催化劑主要為Pt基貴金屬，其過高的成本限制了PEM電解水制氫技術的大規模推廣應用。研制高活性、高穩定性、低成本的非貴金屬析氫電催化劑是解決該問題的有效途徑之一。過渡金屬磷化物因其結構穩定、導電性能良好，被譽為“準鉑催化劑”，成為國內外非貴金屬析氫催化劑研究的前沿和熱點。文獻Xiao P,Sk M A,ThiaL,Ge X,Lim R J,Wang J Y,Wang X.Molybdenum phosphide as an efficientelectrocatalyst for the hydrogen evolution reaction.EnergyEnvironmentalScience,2014,7,2624–2629報道，首次確認了MoP的析氫催化性能，通過對MoP與Mo3P、Mo的比較，確認了P元素的引入對催化劑活性和穩定性具有較大的影響。這些催化劑主要通過優化過渡金屬與P的量來獲得富磷型或富金屬型的單過渡金屬磷化物催化劑。這些單過渡金屬磷化物顯示了從過渡金屬到P的電子密度轉移，即意味著產生了金屬原子的陽離子狀態，這與P原子的陰離子狀態一致。具有負離子態的P原子作為一個活性中心，可以促進質子的放電。然而，在質子放電過程中，價電子轉變所引起的一個負離子活性位點使質子放電過程不夠充分，單過渡金屬磷化物催化劑存在催化活性不強的問題。近年來，單過渡金屬磷化物催化劑合金化，創造催化材料新功能，有望大幅度提高金屬磷化物催化劑的催化活性。文獻Lu A L,Chen Y Z,Dowd A,Cortie M B,Xie Q,Guo H Z,Qi Q Q,Peng D L.Magneticmetal phosphide nanorods as effective hydrogen-evolutionelectrocatalysts.International Journal of Hydrogen Energy,2014,39,18919–18928報道，采用一步法制備了納米尺度的Co1.33Ni0.67P，并研究了析氫反應的活性和穩定性，結果表明Co1.33Ni0.67P催化性能高于Ni2P，研究者認為引入Co元素可以促進催化劑活性提高。單過渡金屬磷化物和合金化磷化物納米催化劑可以有效改善磷化物催化活性等問題，但存在的缺點是催化劑易團聚、利用率不高。現有技術CN108452816A、CN103123970A、CN109301267A、CN109107591A、CN107376958A、CN109647458A分別公開了金屬磷化物催化劑的制備方法，但是同樣存在上述缺陷。

發明內容