[發明專利]一種制備非貴金屬磷化物催化劑的方法

有效

• 申請號: 202011036792.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112206793B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 呂逍;賈毅
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J27/187;B01J37/34;B01J37/10;B01J37/18;C25B11/075;C25B11/031;C25B11/061;C25B11/065;C25B1/04
• 代理公司: 遼寧共智律師事務所 21260
• 代理人: 張軍貴

本發明涉及一種制備非貴金屬磷化物催化劑的方法，包括：在導電材料上化學鍍Ni?P鍍層后，在化學鍍Ni?P鍍層上制備非貴金屬層狀氫氧化物，最后將所述材料在還原氣氛下煅燒，獲得非貴金屬磷化物催化劑。本發明將非貴金屬氫氧化物和化學鍍Ni?P鍍層制成復合材料催化劑，利用還原氣氛煅燒，使Ni?P鍍層中的P由于濃度梯度擴散到表面，同時將金屬氫氧化物還原，最終實現制備非貴金屬磷化物催化劑。此種方法制備的非貴金屬磷化物催化劑對電解水過程的析氫反應具有較好的催化性能。與現代技術相比，該非貴金屬磷化物催化劑可替代貴金屬催化劑，實現制備對電解水制氫過程具有較好催化活性的催化劑的目的。

技術領域

本發明涉及電解水制氫用催化劑材料制備工藝技術領域，特別是一種制備非貴金屬磷化物催化劑的方法。

背景技術

隨著人類社會的迅速發展，能源的需求也越來越大。其中，化石能源占據了很大比例。然而，化石能源的不可再生性使得人們無法持久地使用。若一直依賴于化石能源，勢必會造成化石能源的枯竭，同時，也會大大阻礙人類社會的進步。此外，大量使用化石能源所造成的環境污染問題已對人們的生活產生了巨大影響。各種因環境污染問題帶來的自然災害、疾病等屢屢發生。因此，人們迫切需要開發和利用清潔的、可再生的能源以替代傳統的化石能源，用以建立新的、清潔的能源存儲與轉換體系。目前，在風能、地熱、海洋能、太陽能等可再生能源的應用上已取得了很大的發展，但是由于它們的地域限制和間歇性等缺點，使其無法持續地使用。

氫能是一種在當今形式下非常有前景的清潔新能源，它是解決能源危機的重大突破口，也是能源可持續發展的重要研究方向。與其他能源相比，氫能源并沒有太陽能及風能等能源的地域性和間斷性，可以做到不受地域時間的限制，隨時隨地進行能源的供給。現階段制氫方式主要由礦物燃料制氫和水電解制氫兩種方式。目前，工業上制備氫氣的方式主要有石油的蒸汽重整，水煤氣變換等，但是這些方式產生的氫氣純度相對較低。另一種可以制備高純度氫氣的方式就是電解水制氫，其純度可達到99.7％以上，足以滿足實際需求，乃至精密儀器方面的應用。水電解制氫的主要優勢體現突出在兩個方面：一方面電解水制氫中的水來源廣泛而價廉，海洋占據了地球71％的面積，所以水資源的來源較為廣泛、儲量也相對較為龐大并且成本和價格均較低；另一方面，相對于煤、油、氣，氫氣的發熱量是最高的，同時氫氣燃燒不存在污染問題，這一突出優勢是其他化石能源不具備的。然而由于電解水仍需消耗電能，現有工業電解水的電壓范圍為1.8～2.0V，因此大規模的電能消耗是制約電解水制氫技術發展的一大難題，使得長期以來電解水制氫技術無法在實際生活中得到廣泛的應用。電解水電化學過程涉及陰極的氫氣析出反應(HER)和陽極的氧氣析出反應(OER)。目前具有高效催化活性的貴金屬鉑由于儲量有限、價格昂貴等原因限制了其在工業上的大規模應用，所以開發低成本、高活性的非貴金屬催化劑來提高制氫效率和降低成本，為氫能的開發和利用具有關鍵性的作用。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種制備非貴金屬磷化物催化劑的方法，并應用到電解水制氫領域中。技術方案如下:

一種制備非貴金屬磷化物催化劑的方法，包括：

(a)在導電材料上化學鍍Ni-P鍍層；

(b)在化學鍍Ni-P鍍層上制備非貴金屬層狀氫氧化物；

(c)將所述材料在還原氣氛下煅燒，獲得非貴金屬磷化物催化劑。

優選的：所述步驟(a)中的所述導電材料為鎳網、石墨烯、炭黑和導電碳纖維。

優選的：所述步驟(a)中的所述化學鍍工藝中，主鹽選用硫酸鎳或氯化鎳，其濃度為1～30mM，還原劑選用次亞磷酸鈉，其濃度為10～50mM，絡合劑選用檸檬酸鈉，其濃度為1～20mM。

優選的：所述的步驟(a)中所述沉積溫度為40～90℃，鍍液pH為3～11，反應時間為10～120分鐘。