[發明專利]NiCoP/CoP/CoSe@NC催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 202010431793.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111604078B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 雷永鵬;劉毅;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/02;B01J35/06;C25B1/04;C25B11/061;C25B11/091
• 代理公司: 長沙大勝專利代理事務所(普通合伙) 43248
• 代理人: 陸僖

NiCoP/CoP/CoSe@NC催化劑及制備方法，所述催化劑由負載在泡沫鎳上的氮摻雜納米纖維組成；氮摻雜納米纖維由芯部和殼層組成，芯部包括NiCoP與CoP以及CoSe與CoP形成的異質結構，殼層為包覆在異質結構外層的無定形氮摻雜碳。所述方法為：（1）將鈷源、尿素和形貌劑加入水中，攪拌，放入泡沫鎳片，密封，水熱反應，清洗，干燥，得負載前驅體泡沫鎳片；（2）將硒源、磷源和負載前驅體泡沫鎳片分別置于石英舟的上風口、中間和下風口，保護性氣氛下，升溫反應，冷卻，洗滌，干燥，即成。本發明催化劑在堿性電解質、大電流密度下HER性能優異、過電位低、穩定性好，阻抗值小，電子傳輸快。本發明方法簡單、成本低。

技術領域

本發明涉及一種NC催化劑及制備方法，具體涉及一種NiCoP/CoP/CoSe@NC催化劑及制備方法。

背景技術

堿性環境下的HER是水電解技術中主要的能量轉換過程之一，高效、低成本的催化劑不僅具有工業價值，而且對于研究陰極電極上的電催化反應具有重要意義。與酸性介質相比，在堿性介質中的HER反應動力學較緩慢，對催化劑表面結構的敏感性較高，而且反應機理不清，堿性HER催化劑的開發更加困難。

目前，商用的HER催化劑是貴金屬Pt基催化劑，例如Pt/C催化劑。眾所周知，貴金屬Pt地球儲量非常低，這限制了其大規模運用，因此，發展了很多非貴金屬HER催化劑以代替Pt。由于太陽能制氫效率達到12.3%時，才可能代替實際工業制氫方法，其對應的電催化制氫電流密度為10 mA·cm^-2，因此，HER催化劑性能判定通常以10 mA·cm^-2時對應的過電位來評價，但對于電催化劑而言，實際運用往往需要更大電流密度。最近研究者提出對于泡沫鎳基催化劑而言，比較50 mA·cm^-2甚至更大電流密度下的過電位才更具有實際意義。不僅如此，催化劑在大電流密度下長時間穩定性也是催化劑性能的關鍵指標，更穩定的催化劑能夠支持更長時間的持續催化，以減少實際應用的成本。

CN105951123A公開了一種NiCoP納米線電催化電極的制備方法，包括以下步驟：1）鎳表面預處理，去除泡沫鎳表面氧化層；2）水熱生長鎳鈷鹽化合物前驅體，將泡沫鎳片置于含有鎳離子和鈷離子的溶液，并置于高壓反應釜中密封烘烤，洗滌后干燥，得鎳鈷鹽化合物前驅體；3）鎳鈷鹽納米線的磷化過程，將次磷酸二氫鈉粉末和鎳鈷鹽/泡沫鎳片在N₂保護下300～500℃高溫煅燒3～5.5h，隨后自然冷卻，所得產物經洗滌、干燥后，得NiCoP納米線電催化電極。雖然該材料制備簡單，納米線結構均勻，表現出了HER活性，但其在1M KOH電解液中電流密度10 m A·cm²時，過電位高達109 mV，電催化性能欠佳。

CN108654658A公開了一種高效水分解雙功能電催化劑NiCoP及其制備方法，包括以下步驟：（1）基底預處理：將泡沫鎳砂紙打磨后，分別用鹽酸和去離子水超聲波清洗，以去除泡沫鎳表面氧化:和雜質；（2）水熱法制備NiCo鹽化合物前驅體：將處理后的泡沫鎳片，以45°角傾斜放置于含有鎳離子和鈷離子的水熱溶液中，并置于高壓反應釜中密封烘烤，洗滌干燥后，得具有高活性表面積的蓬松納米海草狀NiCo鹽化合物前驅體；其中水熱溶液組成每28～32mL去離子水對應六水合硝酸鎳0.13～0.16g，六水合硝酸鈷0.27～0.29g，尿素0.087～0.089g；（3）NiCo鹽化合物前驅體的磷化處理：將所獲得的NiCo鹽化合物前驅體放入水熱溶液中進行磷化處理； 其中磷化過程的水熱溶液組成每28～32mL去離子水對應次亞磷酸鈉2.542～2.546g；（4）干燥：將磷化處理后的試樣放置于烘箱中干燥，得NiCoP電催化劑。雖然該催化劑在堿性溶液中表現出雙功能催化活性，但是，在大電流密度下催化劑性能較差，且并未給出催化劑穩定性數據。