[發明專利]一種磷化鈷納米線陣列材料及其應用

在審

• 申請號: 202010744210.7
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111957327A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉敏;錢洲亥;毛南平;胡建根
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J37/08;C25B1/04;C25B11/06;C01B25/08;B82Y40/00
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種磷化鈷納米線陣列材料及其應用。本發明的磷化鈷納米線陣列材料通過以下方法制備：1)將泡沫鎳置于1?5mol/L的鹽酸中浸泡，去除表面雜質，將處理后的泡沫鎳置于裝有水熱溶液的聚四氟乙烯內膽中，將聚四氟乙烯內膽放入不銹鋼高壓反應釜中，反應完成后冷卻至室溫，取出后用去離子水和乙醇洗凈、冷風吹干后即得到鈷納米線陣列覆蓋的泡沫鎳；2)將覆蓋有鈷納米線陣列的泡沫鎳放于瓷舟中置于管式爐的下游，將磷化劑NaH₂PO₂·H₂O放于瓷舟中置于管式爐的上游，在Ar氛圍下進行熱處理，即得到磷化鈷納米線陣列材料。本發明以鈷納米線陣列作為基體，可有效提高活性組分的比表面積，而且具有良好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種磷化鈷納米線陣列材料及其作為電催化析氫電極的應用。

背景技術

氫氣由于具有高能量密度，溫室氣體零排放和可再生性等性質，被認為是替代傳統化石燃料的理想能源載體。如今，氫氣主要通過化石燃料或煤的蒸汽重整產生，但這涉及大量的碳排放和較高的能耗。通過使用太陽能，風能等清潔可再生能源產生電能，再通過電解水生產高純度氫被認為是更環保的產氫方式。貴金屬Pt是公認的最佳析氫(HER)電極材料。但這種材料由于儲量稀少、價格昂貴，限制了其大規模的商業化應用。因此，開發低成本、高效和穩定的HER電催化劑具有至關重要的意義。

過渡金屬磷化物已被證明在酸性溶液中是高效的HER電催化劑。然而，在堿性溶液中過渡金屬磷化物的HER活性明顯低于酸性環境。然而幾乎沒有析氧(OER)催化劑可以在高電勢下的酸性體系中長期穩定，同時在酸性體系中產生的酸霧將不可避免地腐蝕反應池并污染所產生的氫氣。因此，堿性體系的HER催化劑對于水分解的實際應用具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種具有較低過電位和良好循環穩定性的磷化鈷納米線陣列材料。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：一種磷化鈷納米線陣列材料，其通過以下方法制備：

1)將泡沫鎳置于1-5mol/L的鹽酸中浸泡5-20min，去除表面雜質，將處理后的泡沫鎳置于裝有水熱溶液的聚四氟乙烯內膽中，所述水熱溶液的組成為：1-10mmol/L Co(NO₃)₂·6H₂O、2-20mmol/L NH₄F和5-50mmol/L CO(NH₂)₂，將聚四氟乙烯內膽放入反應釜中，控制水熱溫度100-180℃和水熱時間2-10h，反應完成后冷卻至室溫，取出后用去離子水和乙醇洗凈、冷風吹干后即得到鈷納米線陣列覆蓋的泡沫鎳；

2)將覆蓋有鈷納米線陣列的泡沫鎳放于瓷舟中置于管式爐的下游，將磷化劑NaH₂PO₂·H₂O放于瓷舟中置于管式爐的上游，在Ar氛圍下進行熱處理，升溫速度為1-5℃/min，退火溫度為200-500℃，保溫時間為0.5-3h；退火完成后，即得到磷化鈷納米線陣列材料。

CO(NH₂)₂在反應過程中會產生二氧化碳，使產物呈現多孔結構，提高活性組分的比表面積。磷化劑對覆蓋有鈷納米線陣列的泡沫鎳進行磷化時，通過控制磷化條件可控制磷化的程度。

作為優選，步驟1)中，鹽酸濃度為2-4mol/L，浸泡時間為10-20min。

作為優選，步驟1)中，水熱溶液的組成為：1-5mmol/L Co(NO₃)₂·6H₂O、5-10mmol/LNH₄F和10-30mmol/L CO(NH₂)₂。