[發(fā)明專利]一種焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑及其制備方法和應用

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• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112746285A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 徐文莉;張琴;李軒科;高銀紅;孫兵;黃強;南旭;陽堯;李琪琪
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/091;C25B11/061
• 代理公司: 北京盛詢知識產(chǎn)權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

本發(fā)明公開了一種焦磷酸氧釩?磷化鎳納米復合催化劑及其制備方法和應用,涉及納米復合催化劑領域。本發(fā)明通過步驟1.將鎳基底依次浸入鹽酸、蒸餾水、無水乙醇中分別進行超聲處理；步驟2.將釩源、鎳源及尿素溶解在蒸餾水中，攪拌，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，加入鎳基底，沖洗，干燥；步驟3.將步驟2得到的雙金屬氫氧化物前驅(qū)體與次磷酸鈉在保護氣氛下于400?600℃保溫，得到焦磷酸氧釩?磷化鎳納米復合催化劑。本發(fā)明利用高溫磷化法制備出的焦磷酸氧釩?磷化鎳納米復合催化劑，尺寸均一，比表面積較大，電化學活性高，在電催化析氫中能夠有效地提高析氫反應的效率。

技術領域

本發(fā)明涉及納米復合催化劑領域，特別是涉及一種焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑及其制備方法和應用

背景技術

隨著人們對能源需求的不斷增加以及環(huán)境污染問題的日益嚴重，探索新型能源取代化石燃料已經(jīng)成為全人類的重大課題。而氫氣作為最有前景的清潔能源，逐漸進入了人類的視野。目前，制氫方法主要以工業(yè)制氫為主，以石油、煤炭、天然氣為原料，在高溫下與水蒸汽反應產(chǎn)生氫氣。但是這種方法需要燃燒化石燃料，會釋放大量二氧化碳，造成溫室效應等一系列環(huán)境問題。相對化石燃料制氫造成的污染，可再生能源制氫幾乎沒有污染，而且制備的氫氣相當清潔。考慮到水是地球上最豐富的可再生“氫源”，水裂解是一個公認的理想制氫方法(H₂O→H₂+O₂)。而電解水制氫，因其制備出的氫氣純度高，且生產(chǎn)過程無污染、操作簡便、可循環(huán)利用，被認為是一種具有廣闊應用前景的方法。一個完整的水裂解反應包括產(chǎn)氫(水還原)和產(chǎn)氧(水氧化)兩個半反應，其能量利用效率由這兩個半反應共同決定。采用合適的水裂解催化劑降低反應能壘，可以有效提高能量利用率。因此，催化劑的穩(wěn)定性、成本和效率是電催化技術實現(xiàn)工業(yè)應用的主要瓶頸。在眾多析氫催化劑中鉑基催化劑本征活性最高，但其高昂的成本及稀缺的儲量限制了其大規(guī)模開發(fā)應用。因此高活性且儲量豐富的過渡金屬基催化劑成為當前的研究熱點。

目前的電催化析氫催化劑主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的粉末催化劑，該催化劑呈粉末狀態(tài)，需使用粘結(jié)劑將催化材料固定到工作電極上，影響了催化劑與電解液的充分接觸。還有一類是自支撐催化劑，這類催化劑的活性組分直接原位生長在導電基底表面，這樣可以避免粘結(jié)劑的使用。粉末催化劑主要有硫化鉬、硒化鈷等，自支撐基底主要有碳布、泡沫鎳等。

自支撐催化劑中，過渡金屬磷化物及磷酸化合物由于其獨特的電子結(jié)構、高導電性及催化活性被認為是鉑基催化劑最有可能的替代者之一。在眾多磷化物中磷酸化合物-磷化物復合催化劑催化性能高，但其制備工藝復雜，制備條件較為苛刻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑及其制備方法和應用，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，制得的焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑納米球，尺寸均勻，有較大的比表面積，有利于活性位點的充分暴露，材料催化活性高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明目的之一在于提供一種焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、鎳基底處理：將鎳基底依次浸入鹽酸、蒸餾水、無水乙醇中分別進行超聲處理；

步驟2、雙金屬氫氧化物前驅(qū)體的制備：將釩源、鎳源及尿素溶解在35ml蒸餾水中，快速攪拌30min，充分溶解成藍綠色溶液后轉(zhuǎn)移至水熱釜中，將步驟1得到的超聲處理后的鎳基底加入到水熱釜中進行水熱反應，水熱反應結(jié)束后冷卻至室溫，取出表面負載雙金屬氫氧化物的鎳基底，用蒸餾水、無水乙醇沖洗數(shù)次，干燥，得到雙金屬氫氧化物前驅(qū)體；

步驟3、氫氧化物的高溫磷化：將步驟2得到的雙金屬氫氧化物前驅(qū)體與次磷酸鈉在保護氣氛下于400-600℃保溫，得到焦磷酸氧釩-磷化鎳納米復合催化劑。

進一步地，所述鹽酸的濃度為3M。

進一步地，所述釩源為偏釩酸銨或三氯化釩中的一種；所述鎳源為硝酸鎳。