[發明專利]一種過渡金屬-磷化物催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010071811.6
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111185206B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 李運勇;張冰;嚴亮;朱俊陸
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08;C25B11/054;C25B11/065;C25B11/042;C25B11/075;C25B1/04;C25B9/17
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本發明涉及電催化技術領域，尤其涉及一種過渡金屬?磷化物催化劑及其制備方法與應用。本發明公開了一種過渡金屬?磷化物催化劑，過渡金屬?磷化物催化劑的化學式為Msubgt;x/subgt;?Nsubgt;1?x/subgt;P；過渡金屬?磷化物催化劑為板栗狀結構；過渡金屬?磷化物催化劑的比表面積為69.1?92.3msupgt;2/supgt;/g；其中，M和N均為金屬,x為0～1。該催化劑呈現為板栗狀結構，比表面積較大，從而增加了催化材料的活性位點，將該催化劑可同時對析氫反應和析氧反應表現出優異的催化活性。

技術領域

本發明涉及電催化技術領域，尤其涉及一種過渡金屬-磷化物催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

21世紀以來地球上的石油資源漸漸枯竭，且環境污染日趨嚴重，因此開發一種新型清潔能源是一種必然趨勢。氫能作為低碳和零碳能源正在脫穎而出，其燃燒的產物是水，不僅無污染，還可循環使用。產氫的其中一個方法是電解水，水在電的作用下可分解成氫氣和氧氣，但該水解過程需要大量的電能，目前使用性能最佳的電催化劑是鉑為代表的貴金屬，但其儲量有限價格昂貴，因此需研發一種廉價高效的電催化劑。過渡金屬磷化物在制氫領域有良好的發展前景，其不僅廉價，導電性能佳且化學性能穩定。將其作為催化劑電解水，不僅可以有效提高析氫和電解水的性能，還可節約成本。隨著人們對電催化劑的催化性能要求越來越高，提高過渡金屬磷化物的催化性能是本領域亟需解決的技術問題。

目前，文獻“Ternary?metal?phosphide?nanosheets?as?a?highly?efficientelectrocatalyst?for?water?reduction?to?hydrogen?over?a?wide?pH?range?from?0to14”公開了在泡沫鎳(NF)上制備了磷化鈷-鎳納米片CoNiP@NF，在析氫反應中，10mA?cm^-2的電流密度下，在1M?KOH下的過電勢為155mV；文獻“Sulfur-doped?dicobalt?phosphideoutperforming?precious?metals?as?a?bifunctional?electrocatalyst?for?alkalinewater?electrolysis”公開了在碳布(CC)上制備了負載S的Co₂P催化劑，在析氧反應中，10mA?cm^-2的電流密度下，在1MKOH下的過電勢分別為290mV。上述過渡金屬磷化物對析氫反應和析氫反應的催化性能還不夠高，而且不能同時兼具析氧反應和析氫反應良好的催化性能。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種過渡金屬-磷化物催化劑及其制備方法與應用，該催化劑比表面積提高，活性位點增多，進而提高了其電催化性能。

其具體技術方案如下：

本發明提供了一種過渡金屬-磷化物催化劑，所述過渡金屬-磷化物催化劑的化學式為M_x-N_1-xP；

所述過渡金屬-磷化物催化劑為板栗狀結構；

所述過渡金屬-磷化物催化劑的比表面積為69.1-92.3m²/g，優選為92.3m²/g；

其中，M和N均為金屬,x為0～1，更優選為0.25、0.5、0.75或1。

本發明中所述金屬為Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Cr、Ti、Nb、Mn、Pd、Pt、Ir、Ru、Rh、Ag、Au、Os和Zr中的一種或多種。

本發明中，過渡金屬-磷化物催化劑的比表面積高，增加了催化材料的活性位點，將該催化劑應用在析氫反應中表現出優異的催化活性。

本發明還提供了一種過渡金屬-磷化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將第一金屬鹽與第二金屬鹽溶于水后，加入氟化銨、尿素與含磷化合物，得到混合溶液；