[發明專利]一種分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010445956.8
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111437847A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 徐聯賓;龍新;張藝馨;董靜;李帥帥
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J35/02;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料的制備方法，屬于催化劑技術領域。所制備的鎳鈷雙金屬磷化物納米材料具有三維有序相互連通的大孔/介孔結構，其中相鄰大孔之間都有相互貫通的窗口，大孔呈現有序排列，孔徑大小均一，平均孔徑大小在300nm左右；且在每個大孔骨架壁上明顯的環狀介孔結構，介孔直徑大小范圍為4～6nm。本發明提供的過渡金屬磷化物納米材料的電催化析氫活性高，且制備方法簡單、重復性好，有利于實現工業化規模生產。

技術領域

本發明涉及一種分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料的制備方法，屬于金屬磷化物納米材料科學技術與電催化制氫技術領域。

背景技術

能源，可以分為不可再生能源和可再生能源。人類對于化石燃料等不可再生能源的嚴重依賴不可避免地導致了它們的迅速消耗，以及隨之而來的環境污染問題。因此可再生能源的開發和利用對于解決目前存在的能源短缺和環境污染等問題具有重大意義。在諸多可再生能源中，氫能由于其能量密度高、產物綠色清潔等優勢，是目前最有應用前景的可再生能源之一。其中電解水技術實現了電解池與可再生能源發電技術的相結合，具有工藝流程簡單、運行穩定、操作簡便等優點，已經形成一定的工業規模。電解水技術的關鍵在于催化劑的使用，但是目前工業應用的電解水析氫(HER)催化劑主要是Pt/C等貴金屬催化劑，但是高成本和稀有性限制了它們的大規模應用。因此，開發低成本且高效的非貴金屬電解水催化劑對于推進電解水技術的工業應用具有非常重要的意義。

過渡金屬磷化物是繼金屬碳化物、硫化物與氮化物之后出現的一類新型過渡金屬復合催化劑，由金屬與磷形成的一類化合物，兼具金屬與半導體特性。由于其獨特的雙重性質、良好的電子結構效應、高的導電性和較好的耐用性，以及在寬范圍pH下均具有良好的HER性能而備受關注。在各種已建立的基于過渡金屬磷化物的HER催化劑中，基于Ni和Co的過渡金屬磷化物被廣泛認為是有前途的貴金屬替代品，并且占過渡金屬磷化物催化劑的很大比例。由于各組分的協同催化作用，雙組分過渡金屬磷化物催化劑的電催化性能明顯優于單組分金屬磷化物催化劑。與此同時，催化劑的尺寸、維度和形態等結構因素都對催化劑的HER活性有強烈影響。為了能夠有效地提高鎳/鈷磷化物的HER性能，研究工作者制備了各種多孔結構的鎳/鈷磷化物；然而它們大多數存在孔道排列無規律、孔徑分布較廣等缺點，這導致電解質中的活性分子很難快速傳遞到多孔催化劑的內部活性位點上，從而很大程度上限制多孔材料的HER性能。因此通在在三維有序大孔材料中引入有序介孔從而構建分層有序、相互連通的分層有序多孔納米材料是一種提高過渡金屬磷化物電催化性能的有效方法。并且分層有序多孔材料可以同時實現多種孔徑機制所提供的電催化優勢，例如介孔有助于賦予材料較大的表面積和孔體積，從而可提供大量的反應位點，分子的尺寸選擇性以及較大的反應界面面積；介孔可以與較大的大孔(直徑50nm)結合，從而可以提高通過結構的質量傳輸速率，從而消除了純介孔材料中存在的擴散限制。制備分層有序多孔材料通常采用基于硬模板(如膠體晶體、碳等)和軟模板(如非離子表面活性劑)的雙模板技術。

因此，如何提供一種催化活性高、穩定性好、且形狀可控、比表面積大的過渡金屬磷化物材料成為本領域亟待解決的課題。本發明將雙模板法推廣到分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料的制備方法。

本發明的第二目的在于提供一種分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物作為電解水析氫催化劑的應用。

為達到上述目的，本發明提供一種過渡金屬磷化物納米材料，該過渡金屬磷化物納米材料具有分層有序多孔結構(包括三維有序大孔和環狀介孔)。本發明的特點在于所采用的制備過程簡單易行，條件溫和可控，并且可通過改變浸泡模板的目標前驅體的種類調控分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物的金屬組分。

本發明上述的分層有序多孔鎳鈷雙金屬磷化物納米材料按以下步驟制備：