一种N-CoxP/NF电极及其制备方法和应用

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种n-coxp/nf电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硼氢化钠作为一种重要的化学还原剂和电化学催化剂，已广泛应用于多个领域，包括燃料电池、电解水产氢、以及电化学传感器制备等。燃料电池技术一直在可持续能源生产和储能领域备受关注。硼氢化钠(nabh4)是常见的还原剂，其中不含c元素，不会造成催化剂中毒，并且具有在碱性环境下稳定的特点，其中因此被广泛应用于燃料电池中做液体燃料，传统质子交换膜燃料电池采用h2做还原剂，h2作为一种可燃性气体，在存储和运输的过程中存在一定的安全隐患。传统的硼氢化钠电氧化反应通常需要使用贵金属催化剂，如铂(pt)或钯(pd)，这会增加成本并限制可持续性。此外，催化剂存在催化活性下降和寿命问题，这可能导致电极效率的降低和周期性维护需求。硼氢化钠电氧化的过程中存在副反应水解反应的发生，参见(1)和(2)式，使得燃料利用率降低。因此，寻求一种高效、稳定且成本效益的硼氢化钠电氧化方法以应对上述问题是当今燃料电池和氢能源技术领域的迫切需求。

2、bh4-+h2o→bh3oh-+h2 (1)

3、bh3oh-+h2o→bo2-+3h2 (2)

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种n-coxp/nf电极及其制备方法。本发明是先在泡沫镍上电沉积co以及掺杂n、c、p处理，得到cop/nf前驱体；然后将碳酸氢铵和cop/nf前驱体混合焙烧后，得到n-coxp/nf电极。本发明的n-coxp/nf电极具有高活性表面位点，能促进nabh4的电氧化反应，大大提高了nabh4的电氧化性能和nabh4的利用率。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种n-coxp/nf电极的制备方法，包括以下步骤：

4、1、将氯化钴、磷酸二氢钠、柠檬酸钠和硫酸铵溶于水中，得到电解液；

5、2、将泡沫镍置于所述电解液中进行电沉积，取出电沉积后的泡沫镍，干燥后得到cop/nf前驱体；

6、3、按质量比8:1称取碳酸氢铵和所述cop/nf前驱体；将称取的碳酸氢铵放入瓷舟一侧，将所述cop/nf前驱体放入瓷舟的另一侧，然后将瓷舟置于管式炉中，升温至250℃-350℃保温1h-3h，待自然冷却至室温，得到n-coxp/nf电极。

7、所述电解液中氯化钴、磷酸二氢钠、柠檬酸钠和硫酸铵的质量浓度分别为5.92g/l、2.6g/l、14.7g/l和11.5g/l。

8、步骤(2)所述电沉积的电位为-1.0v至-1.6v，电沉积的时间为10min-30min。

9、所述电沉积中泡沫镍为工作电极，ag/agcl为参比电极，钛片为对电极。

10、优选的，所述泡沫镍的尺寸为1cm*1cm。

11、步骤(2)所述干燥温度为60℃-80℃，干燥时间为8h-14h。

12、步骤(3)中将碳酸氢铵放置瓷舟一端的目的是其受热挥发产生的nh3可以对第一步电沉积cop前驱体进行氮掺杂。

13、步骤(3)所述升温的速率为2℃/min-5℃/min。

14、一种n-coxp/nf电极，由上述方法制备而成。

15、一种n-coxp/nf电极的应用，将所述n-coxp/nf电极在硼氢化钠电氧化反应中进行应用，步骤如下：

16、将氢氧化钠和硼氢化钠混合后溶于水中，得到硼氢化钠电解液；将所述n-coxp/nf电极作为工作电极，置于所述硼氢化钠电解液中，在0vvs.ag/agcl的电压下进行电氧化反应。

17、所述硼氢化钠电解液中硼氢化钠的浓度为0.20mol·l-1，所述氢氧化钠的浓度为2mol·l-1。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明是通过一步电沉积法制备cop/nf前驱体，其形貌便于调控，可有效避免纳米粒子之间的团聚，增加反应活性位点；本发明的cop/nf前驱体中沉积了大量的co，提高了电极材料的断裂b-h键的能力，掺杂的p进一步增加了电极材料的活性位点，从而提高了电极材料的催化活性以及稳定性；

20、2、本发明n-coxp/nf电极中掺杂了大量的n，由于改变表面电子结构，增加导电性，并且使得纳米粒子更便于吸引带负电的bh4-，以提高催化性能；

21、3、本发明n-coxp/nf电极还具有稳定性高和寿命长的特点，可以持续地在硼氢化钠电氧化反应中提供高效的催化作用，适用于工业化生产和商业应用，同时减少对贵金属催化剂的依赖，从而降低了成本，为燃料电池和其他氢能源应用提供了一种可行的解决方案。

技术特征：

1.一种n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，所述电解液中氯化钴、磷酸二氢钠、柠檬酸钠和硫酸铵的质量浓度分别为5.92g/l、2.6g/l、14.7g/l和11.5g/l。

3.根据权利要求1所述n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积的电位为-1.0v至-1.6v，电沉积的时间为10min-30min。

4.根据权利要求1所述n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，所述电沉积中泡沫镍为工作电极，ag/agcl为参比电极，钛片为对电极；其中，所述泡沫镍的尺寸为1cm*1cm。

5.根据权利要求1所述n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥温度为60℃-80℃，干燥时间为8h-14h。

6.根据权利要求1所述n-coxp/nf电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述升温的速率为2℃/min-5℃/min。

7.一种n-coxp/nf电极，其特征在于，利用权利要求1～6任意一项所述的方法制备而成。

8.根据权利要求7所述n-coxp/nf电极的应用，其特征在于，将所述n-coxp/nf电极在硼氢化钠电氧化反应中进行应用。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将氢氧化钠和硼氢化钠混合后溶于水中，得到硼氢化钠电解液；将所述n-coxp/nf电极作为工作电极，置于所述硼氢化钠电解液中，在0vvs.ag/agcl的电压下进行电氧化反应。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述硼氢化钠电解液中硼氢化钠的浓度为0.20mol·l-1，所述氢氧化钠的浓度为2mol·l-1。

技术总结本发明提供了一种N‑Co<subgt;x</subgt;P/NF电极及其制备方法和应用，涉及电极材料技术领域。本发明是先在泡沫镍上电沉积Co以及掺杂N、C、P处理，得到CoP/NF前驱体；然后将碳酸氢铵和CoP/NF前驱体置于管式炉中进行热处理，得到N‑Co<subgt;x</subgt;P/NF电极。本发明的N‑Co<subgt;x</subgt;P/NF电极具有高活性表面位点，能促进NaBH<subgt;4</subgt;的电氧化反应，大大提高了NaBH<subgt;4</subgt;的电氧化性能和NaBH<subgt;4</subgt;的利用率。技术研发人员：王贵领,高一民,姚佳欣,赵婧,路骏,王俊光,杨夺,刘家余受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6