一种镍钴双金属磷化物催化剂及其制备方法和应用

本发明属于电催化剂，具体涉及一种镍钴双金属磷化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解水过程由析氢(hydrogen evolution reaction，her)和析氧(oxygenevolutionreaction，oer)两个半反应组成，由于her和oer过程中存在高的过电位影响了电解水的催化效率。因此，需要研究高性能的催化剂来降低反应势垒，加速电解水反应的进行。现有技术中，常见的电解水催化剂包含贵金属、过渡金属和非金属催化剂三种。目前，商用的贵金属her催化剂pt/c和oer催化剂ruo2/iro2，由于价格昂贵、储量较少，不利于大规模工业化电解水制氢，极大地限制了实际应用；而非金属催化剂通常催化活性较差。因此，容易形成配合物、具有可变价态、价格便宜、储量丰富、催化活性高且稳定性好的过渡金属催化剂就成为了人们研究的主体。

2、但过渡金属催化剂相比于贵金属催化剂，其催化活性较差，现有技术通过控制催化剂形态和构筑纳米结构使其暴露更多的活性位点来提高催化活性。与自支撑催化剂相比，粉末样品能承受的电流密度小，且在使用过程中需要使用粘结剂，会阻碍活性位点、降低催化剂的导电性和抑制气体的传输，从而降低催化剂的活性，因此，需要加大对自支撑催化剂的研究力度。现有技术中，通常采用导电性良好和具有自支撑网络结构的泡沫镍(nickel foam，nf)作为集流体，但是nf的比表面积有限，因此需要构建具有更大比表面积的结构来替代nf。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种镍钴双金属磷化物催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的镍钴双金属磷化物催化剂具有较大的比表面积和更高的催化活性。

2、为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种镍钴双金属磷化物催化剂，包括镍基体和负载在所述镍基体表面的碳纳米片；所述碳纳米片表面负载有双金属磷化物纳米颗粒；所述镍基体为部分磷化的镍基体。

4、优选地，所述碳纳米片的厚度为80～120nm；所述双金属磷化物纳米颗粒的粒径为1～3nm。

5、本发明还提供了上述技术方案所述镍钴双金属磷化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、将镍基体浸入钴盐前驱液中，进行自组装反应，得到催化剂前驱体；所述钴盐前驱液的制备原料包括钴盐、2-甲基咪唑和水；

7、将所述催化剂前驱体在次亚磷酸钠存在条件下进行磷化，得到所述镍钴双金属磷化物催化剂。

8、优选地，所述钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为1:10～10:1。

9、优选地，所述催化剂前驱体和次亚磷酸钠的质量比为1:1～1:20。

10、优选地，所述自组装反应的温度为25～35℃，时间为12～24h。

11、优选地，所述磷化的温度为300～500℃，时间为1～3h。

12、本发明还提供了上述技术方案所述镍钴双金属磷化物催化剂或上述技术方案所述制备方法制备的镍钴双金属磷化物催化剂在电解水制氢中的应用。

13、本发明提供了一种镍钴双金属磷化物催化剂，包括镍基体和负载在所述镍基体表面的碳纳米片；所述碳纳米片表面负载有双金属磷化物纳米颗粒；所述镍基体为部分磷化的镍基体。本发明通过在镍基体表面上负载碳纳米片，碳纳米片相互交叉联接成网络，具有较大的比表面积，能暴露出更多的活性位点；同时本发明所述碳纳米片表面负载双金属磷化物纳米颗粒，进一步增加了镍钴双金属磷化物催化剂的比表面积和催化活性；并且碳纳米片负载在镍基体表面，能促进电荷的转移和传输，以及促进析氢和析氧反应过程中气泡的扩散与脱离，加快析氢和析氧反应的进行。

14、本发明还提供了所述镍钴双金属磷化物催化剂的制备方法，本发明通过自组装合成和磷化制备得到镍钴双金属磷化物催化剂，制备方法简单，可以大量合成。

技术特征：

1.一种镍钴双金属磷化物催化剂，其特征在于，包括镍基体和负载在所述镍基体表面的碳纳米片；所述碳纳米片表面负载有双金属磷化物纳米颗粒；所述镍基体为部分磷化的镍基体。

2.根据权利要求1所述镍钴双金属磷化物催化剂，其特征在于，所述碳纳米片的厚度为80～120nm；所述双金属磷化物纳米颗粒的粒径为1～3nm。

3.权利要求1或2所述镍钴双金属磷化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为1:10～10:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂前驱体和次亚磷酸钠的质量比为1:1～1:20。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述自组装反应的温度为25～35℃，时间为12～24h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷化的温度为300～500℃，时间为1～3h。

8.权利要求1或2所述镍钴双金属磷化物催化剂或权利要求3～7任一项所述制备方法制备的镍钴双金属磷化物催化剂在电解水制氢中的应用。

技术总结本发明提供了一种镍钴双金属磷化物催化剂及其制备方法和应用，涉及电催化剂技术领域。本发明提供的镍钴双金属磷化物催化剂，包括镍基体和负载在所述镍基体表面的碳纳米片；所述碳纳米片表面负载有双金属磷化物纳米颗粒；所述镍基体为部分磷化的镍基体。本发明通过自组装在镍基体表面上生成沸石咪唑酯骨架纳米片，纳米片相互交叉联接成网络，具有较大的比表面积，能暴露出更多的活性位点；同时磷化后形成的碳纳米片表面负载双金属磷化物纳米颗粒，进一步增加了镍钴双金属磷化物催化剂的比表面积和催化活性；并且碳纳米片负载在镍基体表面，能促进电荷的转移和传输，以及促进析氢和析氧反应过程中气泡的扩散与脱离，加快析氢和析氧反应的进行。技术研发人员：高红伟,胡月,李雪,王轩受保护的技术使用者：河北民族师范学院技术研发日：技术公布日：2024/7/4