[发明专利]一种自组装超薄花状镍钴磷化物电催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种自组装超薄花状镍钴磷化物电催化材料的制备方法，应用于电催化技术领域。本发明制备过程中采用低温水热‑磷化法，反应中不需要添加额外的沉淀剂，直接利用镍盐和钴盐与溶剂反应生成OH^‑离子，降低生产成本、简化工艺、环境友好。同时，泡沫镍上原位生长的电催化活性物质直接用作工作电极，不仅避免粘结剂的使用，而且极大的增强了活性物质的电化学活性。本发明制备出的自组装超薄花状镍钴磷化物，在电化学测试中展现出良好的电催化析氢性能。而且，本发明提供的制备方法与传统制备方法相比，具有操作简易，合成条件相对温和，节省能耗，材料廉价、环保等优点。

技术领域

本发明涉及一种自组装超薄花状镍钴磷化物电催化材料的制备方法，具体涉及能源和电催化材料技术领域。

背景技术

能源是社会经济发展的基础。随着人口的增长和经济的发展，人类对能源的需求与供应之间的不平衡问题逐渐突显出来。由于不可再生性，地球上有限的化石燃料已开始枯竭，并且剩余储量也已不足以保障人类长久的发展。另一方面，化石能源的大量使用已经引起了许多严重的环境和气候问题，诸如温室效应、空气污染和气候异常等问题。鉴于人类社会与能源、环境和气候之间日益紧张的关系，人类迫切需要一种新的可再生能源或者能量载体用来替代不可再生的化石燃料或降低对其的依赖。

H₂是一种重要的新能源。具有较高的燃烧热值，燃烧产物是水，对空气无污染；此外氢的来源丰富，可以将其它形式的能源储存在氢气中，是一种理想的能源（[1]李传统，新能源与可再生能源技术[M].江苏:东南大学出版社.2005: 158-181）。现阶段研究的制氢方法主要包括电催化制氢、光催化制氢及光电催化制氢等。其中电解水是非常重要的制氢方法，电解水制氢需要一种能够降低超电势且连续提高反应效率的高效催化剂，加速氢离子得到电子，该过程被称为HER（Hydrogen evolution reaction），即制氢反应。

然而，由于电解水过程中，电解析氢反应往往需要较大的过电位，能耗大，不符合新能源发展的需求。研究发现，目前电解水制氢最好的催化剂为铂系贵金属催化剂（如Pt、Ru等）。虽然铂系贵金属具有较高的催化活性，但铂系贵金属价格昂贵，地球上储量稀少，不能满足工业化的大量需求。因此，如何解决高制氢效率与低催化剂成本之间的矛盾是该领域的重要研究方向。

为了找到成本低廉、性能优异、可以替代传统贵金属催化剂的理想HER催化剂，过渡金属元素及其硫化物，磷化物，碳化物，硼化物，氮化物等非贵金属催化剂逐步进入人们的视野。在这些催化剂中，过渡金属磷化物（CoP 、CoP₂、Ni₂P、Ni₁₂P₅等）具有较好的机械强度、电化学电导率以及化学稳定性。由于磷的原子半径(0.109 nm)较大，因此磷化物一般都由三棱柱结构组成，同时这些棱柱堆积形成各向异性的生长结构，该特殊结构会导致金属磷化物具有更多的配位不饱和表面原子数，从而使过渡金属磷化物具有更高的内在催化活性。