一种高效多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105720278A(43)申请公布日2016.06.29(21)申请号201610196544.9(22)申请日2016.03.31(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人申燕李嫚黄德康王鸣魁(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人张建伟(51)Int.Cl.H01M4/90(2006.01)H01M4/88(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种高效多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法(57)摘要本发明公开一种高效多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法，该催化剂为CoxFeyP，通过水热方法负载在碳布而成，其制备方法包括以下步骤：首先用水热方法制备前躯体，将一定量的Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合物，加入到去离子水中形成均匀的混合溶液，然后放入反应釜加入碳布(CC)作为载体，均匀加入浓氨水，密封加热至110-120℃保温9-10h，取出碳布干燥，得到前躯体。将前躯体进行低温磷化，将NaH2PO2和所述前躯体分别放在管式炉的上流和下流，充入氮气或惰性气体，将管式炉加热至300-350℃保温2h以上，得到所述析氢催化剂。与现有技术相比，本发明制备的析氢催化剂在酸性溶液中显示出高效且稳定的催化析氢能力，可降低电解水制氢成本。CN105720278ACN105720278A权利要求书1/1页1.一种多元过渡族金属磷化物析氢催化剂，其特征在于，该催化剂为钴盐和铁盐混合物通过水热方法负载在碳布，经低温磷化而成，其中钴盐和铁盐的摩尔量比为4：1或2：1。2.一种权利要求1所述催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)水热方法制备前躯体：将摩尔量比为4：1或2：1的钴盐和铁盐混合物，加入到去离子水中，搅拌形成均匀的混合溶液；将混合溶液转移到反应釜中，加入碳布，使碳布完全浸入混合溶液中；均匀加入浓氨水；将反应釜密封，加热至110-120℃保持恒温9-10h，取出碳布并干燥，得到前躯体；所述浓氨水与钴盐和铁盐混合物的比例为1ml:1mmol。(2)前躯体低温磷化：将NaH2PO2和所述前躯体分别放在管式炉的上流和下流，管式炉充入氮气或惰性气体，加热至300-350℃保持恒温2h以上，得到所述析氢催化剂；所述NaH2PO2与钴盐和铁盐混合物的摩尔比为3：1。3.根据权利要求2所述的多元过渡族金属磷化物析氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述的水热反应温度为120℃，水热反应时间为10h。4.根据权利要求2或3所述的多元过渡族金属磷化物析氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述的低温磷化反应温度为300℃，反应时间为2h。5.根据权利要求2或3所述的多元过渡族金属磷化物析氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述的惰性气体为氩气。6.根据权利要求2或3所述的多元过渡族金属磷化物析氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的干燥是在真空中进行的。7.根据权利要求1-6所述的多元过渡族金属磷化物析氢催化剂和制备方法，其特征在于，所述钴盐，包括六水合硝酸钴和六水合氯化钴；所述铁盐，包括九水合硝酸铁和六水合氯化铁。2CN105720278A说明书1/4页一种高效多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法，属于催化材料技术领域。背景技术[0002]世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气与煤炭的广泛应用。然而随着化石能源日益枯竭，以及在使用过程中对环境的污染，要求我们尽快开发清洁、可再生能源。氢气，作为一种可移动能源，具有较高的质量能量密度，且燃烧产物为水而受到广泛关注。然而，到目前为止，氢能源主要还是来源于水，由此电解水制氢吸引了广泛的关注，尤其+-是析氢反应(HER)过程2H+2e→H2代表了析氢反应中最重要的过程。[0003]对于HER过程，阴极催化剂作用十分重要。目前为止，性能最好的阴极催化剂为贵金属铂及其合金。这类催化剂成本高、储量低，阻碍了其大规模应用和商业化发展。因此发展廉价、高效、稳定的非贵金属HER催化剂成为了可逆氢燃料电池研究的热点之一。过渡金属磷化物(TMP)由于其价格低廉、酸碱稳定性好，已作为一种新型HER催化剂成为了目前研究热点，如CoP、Ni2P、FeP、MoP和WP等均具有较好的催化析氢性能。然而，它们属二元过渡族金属磷化物，只有一个阴离子态的活性位点，并不能满足HER过程中质子放电的需求，HER过程电流密度不高，过电位偏高，给HER过程带来能耗高、产氢量低问题。发明内容[0004]本发明为降低电解水制氢成本以及可高效析氢的问题，提出以导电性和