[發(fā)明專利]一種Zn-doped CoP@MXene/NF復(fù)合材料及其合成方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111362180.4
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114059093B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣繼波;孫冉;黃星;許文秀;魏影;周少博;李明晶;李雨露;陳曉敏;李婷婷;宣宇娜;韓生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種Zn?doped?CoP@MXene/NF復(fù)合材料及其合成方法與應(yīng)用，該復(fù)合材料由以下方法制備而成：取無機鹽分散于強酸中，加入鈦碳化鋁，進行刻蝕，然后加入水，經(jīng)離心、干燥得到MXene，將MXene分散于水中得到膠體溶液，取泡沫鎳浸入膠體溶液中，然后干燥得到MXene/NF復(fù)合材料；將MXene/NF復(fù)合材料浸泡于含有促進劑與鈷源的混合液中，經(jīng)反應(yīng)、洗滌、干燥得到Co?MOF@MXene/NF復(fù)合材料，取該復(fù)合材料浸入含有鋅源的乙醇水溶液中，經(jīng)反應(yīng)、洗滌、干燥得到ZnCo?LDH@MXene/NF復(fù)合材料；取ZnCo?LDH@MXene/NF復(fù)合材料進行分離式氣體磷化反應(yīng)，即得目的產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明復(fù)合材料的HER性能及OER性能優(yōu)異，成本較低，不易脫落。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于整體水分解技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Zn-doped?CoP@MXene/NF復(fù)合材料及其合成方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氣候變化和能源危機日益受到關(guān)注，已有大量研究工作對替代能源儲存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行了探究。氫能由于具有可持續(xù)性和生態(tài)友好的特點，有希望成為未來能源供應(yīng)的主要來源。分水電解被認(rèn)為是一種生產(chǎn)氫氣的有效技術(shù)。通常，水裂解反應(yīng)包括兩個半反應(yīng)：析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)。貴金屬基材料中鉑基材料是降低HER過電位的基準(zhǔn)催化劑，銥基或釕基材料是降低OER過電位的基準(zhǔn)催化劑。然而，高成本和稀缺性嚴(yán)重限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，對于HER和OER而言，探索具有優(yōu)異活性和耐久性、低成本以及制備原料儲量充足的催化劑迫在眉睫。

過渡金屬碳化物、硫化物、磷化物、氮化物等化合物已被開發(fā)用于替代貴金屬基材料。其中，過渡金屬基磷化物(TMPs)，如FeP、CoP、Ni₂P、Cu₃P、ZnP和WP，由于其具有非貴金屬性質(zhì)以及對HER的獨特活性，已被廣泛研究。其中，鈷基磷化物、鎳基磷化物以及鐵基磷化物除了對HER具有催化活性外，還表現(xiàn)出對OER的電催化活性。因此，以TMPs為材料開發(fā)的雙功能電催化劑具有應(yīng)用前景，其可在同一電解液中工作，且成本較低。但由于TMPs固有的導(dǎo)電性差，TMPs的電催化性能仍遠不能令人滿意。

MXenes是一種基于過渡金屬碳化物或氮化物的二維(2D)新家族，由于其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及金屬導(dǎo)電性能，MXenes吸引了越來越多的關(guān)注，成為電化學(xué)儲能和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的焦點之一。MXenes具有良好的表面親水性以及機械穩(wěn)定性，同時具有高活性表面，且易于調(diào)節(jié)，MXenes可用于整體水分解。因此，將MXenes與雙功能活性催化劑偶聯(lián)以提高HER和OER活性是非常理想的，然而，關(guān)于MXenes基異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為有效的雙功能電催化劑用于整體水分解的報道非常有限，將MXenes與TMPs復(fù)合用于整體水分解的研究尚未見報道，基于MXenes與TMPs開發(fā)一種具有優(yōu)異HER活性以及OER活性的催化劑具有挑戰(zhàn)性。

形態(tài)為粉末的催化劑用于電催化時需要通過添加粘合劑如聚偏二氟乙烯(PVDF)或Nafion將粉末狀催化劑沉積在電極上。而粘合劑在很大程度上阻礙了電催化劑和電解質(zhì)之間的接觸，從而降低了催化劑的催化活性。此外，粉末狀催化劑可能在電化學(xué)過程中從電極上脫落，導(dǎo)致不良的催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種Zn-doped?CoP@MXene/NF復(fù)合材料及其合成方法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中雙功能催化劑整體水分解能力較差、成本較高、粉末催化劑催化活性有限和/或易脫落等缺陷。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案之一提供了一種Zn-doped?CoP@MXene/NF復(fù)合材料的合成方法，該合成方法包括以下步驟：

(1)取無機鹽分散于強酸中，然后加入鈦碳化鋁，進行刻蝕，然后加入水，經(jīng)多次離心、干燥得到MXene；

(2)將所得MXene分散于水中得到MXene膠體溶液，取泡沫鎳浸入MXene膠體溶液中，然后干燥得到MXene/NF復(fù)合材料；