[發明專利]一種中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑及制法

在審

• 申請號: 202011562228.1
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112593250A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 徐同湘
• 申請（專利權）人: 上饒市迪偉商貿有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 喬浩剛

本發明涉及電解水析氫催化劑技術領域，且公開了一種中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑，β?環糊精與甲基苯磺酰氯反應生成的產物與環己胺中反應，得到了環己氨基脫氧β?環糊精，以β?環糊精為碳源，氨基為氮源，通過氫氧化鉀制孔活化，得到氮摻雜多孔碳材料，氮的摻雜可以引入吡啶氮等結構，在多孔碳材料中形成更多活性中心，使其具有更高的電流密度和更低的析氫過電位，熱溶劑法合成磷化鎳過程中，以納米銀顆粒為模板，經過高溫退火，得到中空球狀納米磷化鎳，以氮摻雜多孔碳材料作為導電基底，將中空納米磷化鎳均勻的負載在多孔碳的孔隙中，可以有效地防止納米磷化鎳的聚集現象，提高了復合電催化劑的電解水析氫活性。

技術領域

本發明涉及電解水析氫催化劑技術領域，具體為一種中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑及制法。

背景技術

隨著人類文明的不斷發展，化石能源急劇消耗，伴隨著化石燃料不斷的使用，給環境帶來了溫室效應、冰川融化等不可磨滅的惡劣影響，而且，化石燃料作為不可再生資源，隨著大量地使用會逐漸走向枯竭，因此需要開發和尋找可再生的新型能源，來緩解化石燃料不斷消耗帶來的環境壓力，而在眾多的可再生資源中，氫能以質量輕、能量高等優勢，被認為是化石能源的最佳替代者，而電解水析氫是當前極具研究價值的產氫手段，然而傳統的電催化析氫催化劑是Pt及其合金，價格較高且來源較少，難以在生產生活中大規模使用，因此研發出成本較低，易大規模使用的高效電解水析氫催化劑，成為當前的研究熱點。

納米磷化鎳作為過渡金屬磷化物中的一種，具有良好的電催化活性和長期耐久性，因此備受研究者們的關注，雖然納米磷化鎳可以作為良好的電解水析氫催化劑，但是單一的納米磷化鎳作為電解水系催化劑時，其電解水析氫活性較差、容易自燃和脫落、抗逆電流氧化能力差等缺陷使得其在電解水析氫催化劑領域的應用難度大大提升，因此需要提高納米磷化鎳的電催化活性，一方面，可以對納米磷化鎳進行形貌上的改進，另一方面，可以將納米磷化鎳與多孔碳材料進行復合，通過結核多孔碳材料的優異性能，進一步提高納米磷化鎳的電解水析氫活性。

β-環糊精是一種天然生物質材料，在全球各地都有著豐富的含量，作為一種天然多糖，其以獲取、易降解的優異性能使得其在在醫藥輔料和食品添加劑領域有著廣泛應用，進一步以其作為多孔碳前驅體，制備出多孔碳材料，由于多孔碳材料的超大比表面和超長循環壽命，在超級電容器、鋰離子電池和燃料電池領域有著巨大的研究價值，然而以多孔碳材料單獨作為電解水析氫催化劑時，導電性不強，難以滿足科技發展的需要，因此需要提高多孔碳材料的點催化性能，可以通過在其基體中摻雜雜原子，同時將其與無機磷化鎳納米材料進行復合，通過雜原子摻雜和結合納米材料的優勢，進一步提高多孔碳材料的電催化析氫活性。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑及制法，解決了納米磷化鎳電催化活性較差的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑，所述中空球狀磷化鎳負載多孔碳電解水析氫催化劑的制法包括以下步驟：

(1)向反應器中加入β-環糊精與甲基苯磺酰氯反應的產物甲基苯磺酰基β-環糊精和環己胺，在氮氣氛圍中進行反應，產物過濾、洗滌、重結晶并干燥，得到環己氨基脫氧β-環糊精；

(2)向反應器中加入N,N-二甲基甲酰胺、環己氨基脫氧β-環糊精和氫氧化鉀，放入坩堝中，轉移至管式爐內進行碳化，產物冷卻后用鹽酸和去離子水反復洗滌，洗滌完成后淹沒，得到β-環糊精基氮摻雜多孔碳材料；

(3)向反應器中加入油胺、β-環糊精基氮摻雜多孔碳材料、乙酰丙酮鎳和硝酸銀，在氮氣氛圍中，并升溫至120-140℃，加入三辛基膦進行反應，產物用正己烷和無水乙醇進行洗滌，洗滌結束后離心、干燥，得到中空球狀磷化鎳負載多孔碳材料。