一种异质结构NbP/Ni2P及其合成方法

本发明属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及异质结构nbp/ni2p及其合成方法，并将其应用于电催化析氢。

背景技术：

1、化石燃料的使用会生成碳的副产物导致温室效应，这不仅污染了我们的生态系统，而且严重破坏了臭氧层。寻找清洁且可再生的能源迫在眉睫，以减少对化石燃料的过度依赖。氢气相比于化石能源有许多优势，如无污染、可再生、价格低廉、安全性高、易于运输等。电解水制氢(her)是一种易操作并且环保无污染的制氢方法，引起了学术界和工业界的广泛兴趣。目前含有贵金属的催化剂是性能最佳的材料，但是其价格昂贵且稳定性较差限制了其大规模应用。因此，寻找低贵金属负载催化剂尤为重要。基于过渡金属的析氢反应的研究还处于初级阶段，过渡金属基在碱性析氢反应中的发展具有很大的潜力。

2、在过渡金属基催化剂中，过渡金属磷化物(tmp)由于其优异的耐化学性、高热稳定性和良好的导热性而备受关注。磷化镍(nimpn)被认为是pt基催化剂制氢的潜在替代品，具有低廉的价格和较好的稳定性，但催化活性相比于其他材料较低。对于大部分催化剂来说，较高的催化活性使材料结构发生改变，从而降低稳定性；具有优秀稳定性的材料可能催化活性较差(如nf)。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请将nbp引入到ni2p(称为nbp/ni2p)，形成异质界面使nbp发生晶格畸变，从而在保证稳定性良好的情况下来调节催化性能。进一步通过调节不同的金属比例来优化样品的性能，当nb:ni为3:7有最佳的性能。该样品在电流密度达到10macm-2时的过电位仅为94mv。值得注意的是，nbp/ni2p提供超过160小时的长期稳定性，而活性催化活性的变化可以忽略不计。

2、本发明所述的异质结构nbp/ni2p包括ni2p纳米片和从所述ni2p纳米片表面原位生长的nbp。其中，nbp和ni2p产生的异质界面使nbp产生晶格畸变，优化了催化过程中的反应势垒，提高电催化析氢性能的同时兼顾了稳定性。与此同时，nbp的存在显著增大了ni2p纳米片表面的粗糙度，从而提高了电催化过程中的活性位点，大幅度提升了分解水催化的活性。

3、本发明所述的异质结构nbp/ni2p的合成方法，包括：

4、(1)将一基底置于含有前驱体溶液的高压釜内衬中，所述前驱体溶浓度为0.04-0.08m的ni(no3)2.6h2o、浓度为0.015-0.03m的nbcl5、浓度为0.3-0.6m的co(nh2)2和浓度为0.004m的nh4f的混合水溶液；在100-120℃的范围内水热反应12小时后，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质，在基底上得到nb/ni ldh前驱体；

5、(2)nbp/ni2p的合成：将nb/ni ldh前驱体置于管式炉的下游，上游为nah2po2.h2o，保护气体为氩气，加热速度5℃/min，350℃热处理2小时，待管式炉自然冷却至室温后取出样品，在基底上得到异质结构nbp/ni2p。由于nbp和ni2p是原位合成，形成的异质界面产生应力，使nbp发生了晶格畸变，形成nbp/ni2p异质结构。

6、特别的，所述步骤2中，nah2po2.h2o的质量为0.4g。可以更好的形成异质核壳结构nbp/ni2p。

7、特别的，可以采用多孔镍作为基底，以提供三维网络状框架。

8、本发明的有益效果是：

9、1.实现了催化剂催化活性和稳定性之间的协同，在电流密度达到10macm-2时的过电位仅为94mv，且提供超过160小时的长期稳定性。

10、2.在合成方法上没有添加额外步骤，仅在水热过程中把nb金属盐以一定比例替换ni金属盐。材料成本没有提高，加入的nb后依然属于非贵金属催化剂，但是催化性能相比于纯相ni2p有显著提升。

技术特征：

1.一种异质结构nbp/ni2p的合成方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤2中，nah2po2.h2o的质量为0.4g。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述基底为多孔镍。

4.如权利要求1所述合成方法得到的异质结构nbp/ni2p，其特征在于，包括ni2p纳米片和从所述ni2p纳米片表面原位生长的nbp。

技术总结本发明公开了一种异质结构NbP/Ni<subgt;2</subgt;P的合成方法并将其应用于碱性条件下的电解水析氢，获得了较为优秀的催化性能。本发明在水热合成Ni(OH)<subgt;2</subgt;时以一定比例的Nb金属盐替换Ni金属盐，调控Nb金属盐的替换比例和磷化加热过程中一水合次亚磷酸钠的加入量，调节管式炉中磷化的温度，成功的合成了具有异质界面的NbP/Ni<subgt;2</subgt;P，即异质结构NbP/Ni<subgt;2</subgt;P。在碱性条件下对于材料的电催化析氢性能进行了测试，并对材料的形貌和结构进行了详细的表征。技术研发人员：崔小强,王君与,许天翊,鄂心雨,丁帅,王嘉奇受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18