[发明专利]一种硫掺杂磷化镍纳米粉体的制备方法及其在电解水的应用

说明书

本发明提供了一种硫掺杂磷化镍纳米粉体及电解水的应用，包括以下步骤（1）将含镍的水溶液进行预处理，调节溶液酸碱度，加入碱调节剂制备碱性预反应溶液，加热反应，反应结束后洗涤，离心，收集得到镍源前驱物粉末。（2）将镍源前驱物与磷化试剂按比例在惰性气体保护下进行煅烧处理得到磷化镍。（3）将磷化镍与硫源在惰性气体保护下进行煅烧处理，收集得到黑色硫掺杂磷化镍粉末。硫掺杂磷化镍应用到电催化产氧反应（OER）具有优异的催化性能，过电位低至0.294 V（相对标准氢电极），塔菲尔斜率低至58 mV/dec。

技术领域

本发明涉及无机纳米粉体的制备应用领域，具体涉及一种煅烧法制备硫掺杂磷化镍纳米粉体及在电解水的应用。

背景技术

能源对促进国家发展和提高人民生活水平相当重要，其中使用最广泛的能源是含碳的传统化石燃料，它提供了世界绝大多数的能量，但化石燃料在使用时会造成能源浪费，甚至导致出现能源危机现象；同时，化石燃料燃烧能够产生一些污染物而对人类赖以生存的环境造成严重污染。随着人们环境保护意识的增强，开发清洁、高效、可再生的新能源已成为目前研究的焦点。由于太阳能、海洋能、风能等绿色能源的利用存在间歇性、不稳定性、地域性等缺点，此类绿色能源无法普遍的大规模利用，氢气作为一种理想的绿色能源，在产业生产中是必不可少的，并且是未来氢经济的主要能源载体，其中电催化水分解是重要的产氢方式。水分解反应主要分为两个半反应：析氢反应（HER：2H⁺（aq）+2e^-→H₂（g）E⁰=0 V）析氧反应（OER：2H₂O（aq）→4e^-+4 H⁺（aq）+4O₂（g）E⁰=1.23 V）。

其中 OER 涉及4电子传递过程，具有较高的过电位（η），属于动力学慢反应过程，因此，OER 是整个电催化分解水的瓶颈所在。此外，目前对 OER 电催化活性最好的是贵金属IrO₂、RuO₂，但贵金属的高成本和稀缺性严重限制了它们的大规模应用。因此，针对高效、高稳定、多活性位点、导电性好以及价格低廉的OER电催化剂的研究是极其重要的。

过渡金属化合物主要以Fe、Co、Ni、Gu、Mo、W等金属的化合物为主，这些金属元素在地壳中的储量高，而且这些金属原子有未充满的价层d轨道，d电子层容易失去电子或夺取电子，具有较强的氧化还原性能，此外过渡金属还具有优异的导电性。然而，过渡金属普遍具有带隙宽度大、电子转移阻力大、活性位点少等缺点使其在成为理想的电催化剂道路上仍面临重大挑战。此外，过渡金属磷化物由于其优良的物化性质、低廉的价格以及在0 - 14的宽pH范围内良好的化学稳定性而受到人们的关注。

使用合适的化学手段调控纳米材料，会实现其结构的调控从而显著的提升其功能性。诸多化学手段中，掺杂及制造缺陷作为简便、有效的性能调控手段，可以实现对材料活性位点、配位环境、电子结构等性能的优化。另外，煅烧处理在纳米材料表面产生部分断裂和空隙，形成多孔中空纳米结构，解决了电解反应过程中材料体积膨胀带来的催化性下降的问题，进而提升了材料的稳定性，并且大幅度增加了纳米材料与电解液的接触面积，进而提升催化活性。鉴于此，本发明提供了一种硫掺杂磷化镍纳米粉体的催化材料通过优化材料结构、提高周转频率、增加活性位点大幅度提升催化活性。

发明内容

1. 一种硫掺杂磷化镍纳米粉体的制备方法，包括以下步骤（1）将含镍源的水溶液加入反应装置中，调节溶液酸碱性，加入碱调节剂制备碱性预反应溶液，加热反应，反应结束后离心洗涤，收集得到的镍源前驱物粉末；（2）将镍源前驱物与磷化试剂配制一定比例，在管式炉中通入惰性气体进行煅烧处理，反应结束后，离心洗涤，真空干燥，收集得到黑色磷化镍；（3）将磷化镍粉末与硫化试剂配制一定比例混合均匀置于管式炉中，在惰性气体保护下进行煅烧处理，反应结束后自然冷却，离心洗涤，真空干燥，收集得到黑色硫掺杂磷化镍纳米粉体。