一种B-Co2P/CoP全解水双功能电极片的制备方法

本发明涉及一种电极的制备方法。

背景技术：

1、在传统化石能源日渐匮乏之际，人类面临的关键挑战之一是追寻高效、清洁、持续的替代能源方案。氢能源凭借其高能量密集度、环境友好性及可再生特性，已成为最有潜力的替代能选项之一。目前，电解水技术作为稳定、低污染且高效的制氢途径已居主导地位。但是，当前产氢效率的提升受制于缺乏活性高、稳定性强的电催化剂。虽然贵金属催化剂在电解水制氢中应用广泛，但考虑成本与效率，转向廉价的过渡金属基替代品成为行业共识，从而探索和发展经济、富含稀土元素、高效而稳定的过渡金属催化剂势在必行。

2、近期，过渡金属磷化物(tmps)作为潜在替代贵金属铂(pt)的催化剂，已显示出显著的电催化水分解反应(her和oer)潜力，成为了深入研究的重点。然而，当下过度金属磷化物的电催化性能受限于其催化活性位点稀缺、化学吸附/解吸动力学不足及电子转移速率低效，且其稳定性和制备成本尚未达到工业应用标准。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有过渡金属磷化物电极的电导率差、催化效果差的问题，而提供一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法。

2、本发明的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，按以下步骤进行：

3、一、先将金属或合金基底依次进行除油和去除表面氧化层处理，然后用去离子水超声清洗，得到洁净的基体；

4、二、将钴盐、铵盐、氨水和溶剂ⅰ混合后搅拌均匀，得到混合溶液a；

5、三、将硼氢化钠、碱金属氢氧化物加入到溶剂ⅱ中，搅拌均匀后，得到混合溶液b；

6、四、化学沉积：将步骤一得到的洁净的基体置于步骤二制备的混合溶液a中浸泡3～60min；再向混合溶液a中通入氩气保护同时将步骤三制备的混合溶液b倒入受氩气保护的混合溶液a中，在冰水浴和超声条件下反应30～360min，然后将生长有前驱体的基体取出，清洗干净后真空干燥，得到负载前驱体的基体；

7、五、高温磷化：将负载前驱体的基体放入瓷舟中，再将瓷舟置于石英管式炉的下游，在石英管式炉的上游放置磷源；向石英管式炉中通入保护气，同时将石英管式炉以2～20℃·min-1的速率升温至300～500℃磷化1～9h，得到b-co2p/cop全解水双功能电极片。

8、更进一步地，步骤一中所述的金属或合金基底的形态为泡沫结构、网结构或实心板；所述的金属或合金基底为ni、ti和cu基底中的一种或其中的几种。

9、更进一步地，步骤二中所述的钴盐为cocl2、co(no3)2、coso4中的一种或其中的几种。

10、更进一步地，步骤二中所述的铵盐为nh4cl、nh4f、(nh4)2so4、nh4no3、nh4no2中的一种或其中的几种。

11、更进一步地，步骤二中所述的溶剂ⅰ为去离子水、乙醇和甲醇中的一种或几种。

12、更进一步地，步骤二中所述的钴盐的物质的量、铵盐中nh4+的物质的量、质量百分浓度为25％～28％的氨水的体积与溶剂ⅰ的体积之比为(0.01～0.35)mol:(0.1～10)mol:(10～100)ml:(50～1000)ml。

13、更进一步地，步骤三所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种的组合。

14、更进一步地，步骤三中所述的硼氢化钠的物质的量、碱金属氢氧化物中oh-的物质的量与溶剂ⅱ的体积之比为(0.05～2)mol:(0.01～1)mol:(50～1000)ml。

15、更进一步地，步骤三中所述的搅拌是在速度为60～500r/min的条件下进行的，搅拌时间为10～240min。

16、更进一步地，步骤三中所述的溶剂ⅱ为去离子水、乙醇和甲醇中的一种或其中的几种。

17、更进一步地，步骤五中所述的磷源为次磷酸钠、三甲基磷中的一种或几种。

18、更进一步地，步骤五中所述的保护气为氩气或氮气，通气速率为5～50sccm。

19、更进一步地，步骤四中所述的洁净的基体的表面积为1～78.5cm2。

20、更进一步地，步骤二中所述的混合溶液a的搅拌时间为5～60min，搅拌时混合溶液的温度为10～35℃。

21、更进一步地，步骤三中所述的混合溶液b的搅拌时间为5～60min，搅拌时混合溶液的温度为10～35℃

22、更进一步地，步骤五中所述的管式炉中磷源和前驱体的距离为5～30cm。

23、上述方法制备的b-co2p/cop全解水双功能电极片是由金属基底材以及自支撑b-co2p/cop催化剂层；该b-co2p/cop全解水双功能电极片用于电解水制氢中。

24、本发明制备的b-co2p/cop全解水双功能电极片，通过硼元素掺杂优化co2p/cop电子结构并诱导co2p和cop的最佳比例的产生，增加活性位点、加速电子传递并改善界面吸附与解吸行为，提升了其催化效率与稳定性。本发明的b-co2p/cop全解水双功能电极片具有析氧和析氢过电位低的特点，在电流密度为10ma·cm 2的过电位为49～98mv(her)和330～390mv(oer)。同时还具有卓越的稳定性、导电性良好的特点。

25、本发明的b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其制备工艺易操作，成本低廉、设备投资少，可控性高、反应条件温和、占地面积小及环境友好，用于电解水制氢领域。

技术特征：

1.一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的金属或合金基底的形态为泡沫结构、网结构或实心板；所述的金属或合金基底为ni、ti和cu基底中的一种或其中的几种。

3.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的钴盐为cocl2、co(no3)2、coso4中的一种或其中的几种。

4.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的铵盐为nh4cl、nh4f、(nh4)2so4、nh4no3、nh4no2中的一种或其中的几种。

5.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的溶剂ⅰ为去离子水、乙醇和甲醇中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的钴盐的物质的量、铵盐中nh4+的物质的量、质量百分浓度为25％～28％的氨水的体积与溶剂ⅰ的体积之比为(0.01～0.35)mol:(0.1～10)mol:(10～100)ml:(50～1000)ml。

7.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤三所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种的组合。

8.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的硼氢化钠的物质的量、碱金属氢氧化物中oh-的物质的量与溶剂ⅱ的体积之比为(0.05～2)mol:(0.01～1)mol:(50～1000)ml。

9.根据权利要求1或2所述的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的磷源为次磷酸钠、三甲基磷中的一种或几种。

10.权利要求1所述方法制备的一种b-co2p/cop全解水双功能电极片的应用，其特征在于，该应用是将b-co2p/cop全解水双功能电极片用于电解水制氢中。

技术总结一种B‑Co<subgt;2</subgt;P/CoP全解水双功能电极片的制备方法，它涉及全解水电极的制备方法。它是要解决现有过渡金属磷化物电极的电导率差、催化效果差的技术问题。本方法：一、基底的除油和去除氧化层；二、用钴盐、铵盐、氨水和溶剂Ⅰ配制混合溶液A；三、用硼氢化钠、碱金属氢氧化物和溶剂Ⅱ配制混合溶液B；四、基底先在混合溶液A中浸泡，在将混合溶液B倒入受氩气保护的混合溶液A中，在冰水浴和超声条件下反应，得到负载前驱体的基体；五、高温磷化，得到B‑Co<subgt;2</subgt;P/CoP全解水双功能电极片。它在电流密度为10mA·cm<supgt;2</supgt;的过电位为49～98mV(HER)和330～390mV(OER)，可用于全解水制氢领域。技术研发人员：蒋保江,田春贵,郎坤受保护的技术使用者：黑龙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18