[發(fā)明專利]一種非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011294677.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112458482B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王譚源;劉健云;李箐
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/052;C25B11/061;C25B11/075;B01J27/185;B82Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明公開了一種非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑、制備方法及應(yīng)用。所述催化劑用于海水氧或氫析出催化，所述催化劑包括鎳鐵合金基底和生長于該基底表面的NiFeP納米棒或NiFeP納米片。所述制備方法包括：將鎳鐵合金基底浸入溶解有赤磷單質(zhì)的有機(jī)溶液中，并在100～250℃加熱5?7小時(shí)，在基底表面原位生成NiFeP納米棒，洗滌后得到NiFeP納米棒催化劑；或者，將鎳鐵合金基底浸入有赤磷單質(zhì)的有機(jī)溶液中，并在100～250℃加熱8?10小時(shí)，在基底表面原位生成NiFeP納米片，洗滌后得到NiFeP納米片催化劑。本發(fā)明通過控制非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑的成分和表面微觀形態(tài)，提升催化性能，降低過電位，解決現(xiàn)有用于海水電解的催化劑催化性能差、過電位高的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于能源危機(jī)和環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)，可再生和清潔能源備受追捧。由于氫氣具有高能量密度且無污染，氫被認(rèn)為是最有前途的清潔能源載體之一。電解水制氫生產(chǎn)氫燃料是其中最具吸引力的可持續(xù)技術(shù)之一。水電解是經(jīng)陽極析氧反應(yīng)(OER)分解為氧氣和陰極析氫反應(yīng)(HER)分解為氫氣。目前基于Pt，Ir和Ru的貴金屬催化劑材料顯示出良好的電化學(xué)性能，但其高昂的價(jià)格和稀缺性限制了其廣泛應(yīng)用。因此，已經(jīng)投入了巨大的努力來開發(fā)具有豐富含量和低成本的替代品。其中，包括過渡金屬的氧化物，硒化物，氮化物等。然而，常規(guī)非貴金屬催化材料的OER和HER超電勢較高，在100mA/cm²的電流密度下需要1.8～2.4V的電解電壓，難以實(shí)現(xiàn)有效催化。因此，人們迫切需要改進(jìn)電解水催化劑。

同時(shí)，海水是地球上最豐富的電解質(zhì)原料，整體海水分解是大規(guī)模H₂產(chǎn)量商業(yè)化的一個有前途的選擇。在天然海水中，存在多種離子和細(xì)菌/微生物，以及小顆粒物，這些海水中的雜質(zhì)會嚴(yán)重的毒害催化劑表面導(dǎo)致其活性降低，并且損壞其長期穩(wěn)定性。同時(shí)，海水中大量存在的氯離子會導(dǎo)致催化劑的腐蝕，阻礙了電解海水制氫在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用。因此，為了提升整體的電解效率和降低操作成本，需要開發(fā)高性能，低過電位的非貴金屬雙功能催化劑用于海水電解。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑、制備方法及應(yīng)用，其目的在于通過控制非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑的成分和表面微觀形態(tài)，提升催化性能，降低過電位，由此解決目前現(xiàn)有用于海水電解的催化劑催化性能差、過電位高的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種非晶態(tài)NiFeP過渡金屬催化劑，用于海水氧或氫析出催化，所述催化劑包括鎳鐵合金基底和生長于該基底表面的NiFeP納米棒或NiFeP納米片。

優(yōu)選地，所述NiFeP納米棒或所述NiFeP納米片中P的原子含量x小于或等于10.77％，且x不為零。也就是說，本發(fā)明提供的所述NiFeP納米棒或所述NiFeP納米片的化學(xué)式為NiFeP_x，其中x≤10.77％，且x不為零。

優(yōu)選地，所述NiFeP納米棒長度為150～200nm。

優(yōu)選地，所述NiFeP納米片厚度為1～2nm，長度為100～200nm。

按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種如上文所述的催化劑的制備方法，所述方法包括：

將鎳鐵合金基底浸入溶解有赤磷單質(zhì)的有機(jī)溶液中，并在100～250℃條件下加熱5-7小時(shí)，在基底表面原位生成NiFeP納米棒，洗滌后得到NiFeP納米棒催化劑；

或者，將鎳鐵合金基底浸入溶解有赤磷單質(zhì)的有機(jī)溶液中，并在100～250℃條件下加熱8-10小時(shí)，在基底表面原位生成NiFeP納米片，洗滌后得到NiFeP納米片催化劑。

優(yōu)選地，所述溶解有赤磷單質(zhì)的有機(jī)溶液中赤磷單質(zhì)的質(zhì)量為300～1200mg。