[發明專利]一種核殼結構Fe2

有效

• 申請號: 202010717347.3
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN114042468B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;張曉;馮亮亮;曹麗云;劉倩倩;李帥楠;何丹陽
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/10;B01J35/02;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種核殼結構Fesubgt;2/subgt;P@C?Fesubgt;3/subgt;C電催化劑及其制備方法和應用，所述核殼結構Fesubgt;2/subgt;P@C?Fesubgt;3/subgt;C電催化劑包括：由在其中分布有FeCsubgt;3/subgt;納米點的碳層形成的碳納米管作為基體，以及嵌入在所述碳納米管內的由碳包覆Fesubgt;2/subgt;P形成的具有核殼結構的Fesubgt;2/subgt;P@C。

技術領域

本發明涉及一種核殼結構Fe₂P@C-Fe₃C電催化劑的制備方法及多功能應用，屬于電化學技術領域。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展，人類對能源需求日益加強。當前的能源結構主要依賴于石油、煤炭、天然氣等化石能源，過度開采和使用造成化石能源的嚴重短缺和環境污染等問題。為了改變這一現狀，開發綠色、可持續的新能源成為全球經濟發展的必然選擇。

通過電化學轉化法將地球上儲備的豐富水資源轉化為具有更高價值的產品作為一個很有潛力的可持續新能源發展方向，受到科研工作者的廣泛關注。這一能源的開發和利用可實現以“H₂O”、“H₂”和“O₂”為循環利用的能量轉換體系，實現真正意義上的“零排放”。作為新型清潔能源轉換體系，電解水制氫、氫燃料電池、金屬-空氣電池等引起廣泛關注。在這些轉化過程中，涉及的主要反應過程有析氧反應、析氫反應、氧還原反應等。而這些反應主要依靠電催化劑來提高其化學反應速率、能量轉換效率和產物選擇性。目前，貴金屬作為高效的電催化劑，昂貴的成本和稀缺的資源限制了其在清潔能源領域的廣泛應用。

過渡金屬碳化物由于具有優異的表面電子結構及較高的導電性，且在強酸堿電解質中較穩定，可作為一種高效的ORR電催化劑。過渡金屬磷化物、碳化物，由于它們在Fermi能級附近具有類似于Pt的電子結構，可通過調節過渡金屬的d電子結構使其HER電催化活性明顯提高。Yang等使用化學氣相沉積法制備Fe₃C，首先將Fe₄N附在硅板上，氫氣氣氛下加熱到700℃，然后通入甲烷氣體，控制反應時間，制備出不同反應時間的產品。但是使用CVD法制備Fe₃C時，反應原料必須為氣態或者易于揮發的液態或固態物質，限制了CVD制備Fe₃C的應用，而且反應需要使用催化劑，產物與催化劑的分離也比較困難(Yang?K?Y,Xu?W,ZhangY,Synthesis?and?Characteristics?of?Fe₃C?Nanoparticles?Embedded?in?AmorphousCarbon?Matrix[J].Chem?Res?Chin?Univ,2010,26(3):348-351.)。專利1(中國公開號CN107651959A)公開了一種在高溫高壓下制備一磷化二鐵Fe₂P的方法，其使用分析純的鐵納米粉和紅磷粉末作為起始原料在瑪瑙研缽中使用酒精充分研磨混合，將壓片機后的圓柱形樣品烘干放入氮化硼圓管中，密封后進行高溫高壓反應，反應后清除樣品外部的氮化硼，即可得到純的一磷化二鐵塊狀樣品。但是該合成方法復雜，且原料中的紅磷容易自燃比較危險。另外，專利2(中國公開號CN109244490A)公開了一種碳化鐵@氮摻雜碳納米催化劑的制備方法。該專利利用靜電紡絲技術，將配制的前驅體溶液紡成納米線，將制成的納米線熱處理，得到碳化鐵@氮摻雜碳納米線催化劑。該發明制備的碳化鐵@氮摻雜碳納米線催化劑主要用于電催化的氧還原反應領域。因此，開發一種低價、高效和穩定的非貴金屬電催化劑成為該領域急需解決的問題。

發明內容

為了提高提高電催化性能，尋找性能優越的析氫析氧氧還原多功能催化劑以盡可能地降低成本，本發明提供了制備了一種核殼結構Fe₂P@C-Fe₃C電催化劑及其制備方法，有效地提升該材料在電催化領域的性能，因此具有廣闊的應用前景。