[发明专利]一种过渡金属磷化物MxPy氧还原和析氢双功能催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：S1：将过渡金属单质M和红磷粉末混合，在惰性气氛下球磨得过渡金属磷化物M_xP_y材料；S2：向M_xP_y材料中加入分散剂，球磨，烘干即得到过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂。本发明利用球磨法制备得到纯度高、晶粒尺寸小，比表面积大的过渡金属磷化物，且具有优良的ORR、HER催化性能和高稳定性，可广泛应用于金属空气电池，燃料电池或电催化水解制氢；本发明提供的制备方法简单快捷，原料廉价易得、无污染，生产成本低，满足工业化大批量生产的要求。

技术领域

本发明属于电化学催化领域，具体涉及一种过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界的快速发展，能源需求进入高速度增长。传统化石能源面临着消耗殆尽的重大危机，并且化石能源的使用带来了一系列的环境问题，研发开发可持续发展的新能源尤为重要。氢是理想的清洁能源之一，受到世界各国广泛的重视。目前，电解水制氢是一种制氢极为重要且极具前景的手段，根据研究，电解水产氢效率低，而高活性的析氢催化剂有利于提高电解水的产氢效率。因此，研发一种高活性析氢反应催化剂材料对氢能的发展有十分重大的意义。

在现阶段，铂基催化剂是作为析氢反应催化剂的最佳对象，但由于铂金属的稀缺性，导致其价格十分昂贵，从而限制了铂基催化剂作析氢反应催化剂的实际应用的发展。根据报道，过渡金属合化物具有了可替代铂或铂合金作析氢反应催化剂的巨大潜力。其中，过渡金属磷化物是继过渡金属碳化物和过渡金属氮化物之后出现的一类新型催化材料，过渡金属磷化物同时具有金属及半导体特性物，在光电、磁、催化等领域显示了良好的应用前景。现阶段过渡金属磷化物的制备方法主要包括元素化合法、固态复分解法、磷化氢反应法、有机金属分解法、电解熔融法等，但这些方法需要较为苛刻的反应条件，且产物纯度低、晶粒尺寸大、比表面积小，所制得过渡金属磷化物所表现的催化活性弱。因此，研发简单、有效、稳定、低成本的可控制备方法来制备过渡金属磷化物作氧还原和析氢双功能催化剂有十分重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中过渡金属磷化物的制备方法条件苛刻，产物纯度低、晶粒尺寸大、比表面积小，催化活性弱的缺陷和不足，提供一种过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂的制备方法。本发明利用球磨法制备得到纯度高、晶粒尺寸小，比表面积大的特定的过渡金属磷化物MnP、FeP、CoP或Ni₅P₄，且具有优良的ORR、HER催化性能和高稳定性，可广泛应用于金属空气电池，燃料电池或电催化水解制氢；本发明提供的制备方法简单快捷，原料廉价易得、无污染，生产成本低，满足工业化大批量生产的要求。

本发明的另一目的在于提供一种过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂在电化学催化领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种过渡金属磷化物M_xP_y氧还原和析氢双功能催化剂的制备方法，包括如下步骤：