[发明专利]一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法

说明书

本发公开了一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法，以硝酸钴为钴源，采用水热法制得Co(OH)₂后，再将Co(OH)₂与次磷酸钠在管式炉中进行磷化反应，采用气固法合成制备CoP催化剂。该催化剂具有氢析出和氧析出高效双功能，用于电解水时可高效产氢和产氧，具有优异的HER和OER催化性能，其中，HER的析出电位仅为90mV vs RHE，OER的析出电位仅为1.50V vs RHE。本发明采用价格低廉的非贵金属原材料，制备过程简单，所合成的CoP催化剂具备优异的高效双功能的催化性能，可在同一电解液中电解产氢和产氧，且催化性能稳定性，是一种高效、耐用的双功能电催化剂，不仅能简化设备和降低成本，而且还可以提高效率，具有良好的电解水催化应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备的技术领域，具体涉及一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法。

背景技术

发展可再生燃料以取代传统化石燃料，有利于解决日益严重的能源和环境问题，电解水产氢为上述问题提供了一种非常有前途的策略，氢可以作为能量载体，且燃烧产物仅是水。然而，电解水的两个半反应通常需要高于理论值的过电位来获得预期的反应速率。有效的催化剂可以减少电解水的过电位，从而使整个反应更加节能。RuO₂和Pt基材料通常被认为是电解水阳极OER和阴极HER的最佳催化剂。然而，这些贵金属电催化剂的稀缺性不可避免地阻碍了它们的大规模应用。在过去的几十年中，优化HER和OER非贵金属催化剂已经成为电解水催化的发展方向，如用于HER的过渡金属氮化物、碳化物和硫化物；用于OER的钙钛矿型氧化物、过渡金属氧化物和氢氧化物等。

但现有的催化剂中，贵金属材料如铂钯钌等价格昂贵，地球中的存量少，同时在催化过程中出现稳定较差的问题；非贵金属材料的催化性能较差，用于电解水产氢的催化剂存在催化过程缓慢，功能单一，稳定性差，以及较高过电位带来的能源浪费严重等问题，大大影响了电解水产氢和产氧的效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法，采用水热法和气固法合成了CoP催化剂，该催化剂可用于电解水产氢和产氧，具有优异的HER和OER催化性能，大大提高了电解水产氢和产氧的效率。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)取硝酸钴和六次甲基四胺溶于去离子水中，搅拌，用碱溶液调节反应物的pH≧10，在100-120℃下进行水热反应15-25h，将所得产物经水洗烘干，得Co(OH)₂；

2)将Co(OH)₂与次磷酸钠置于同一瓷舟的两端，并将瓷舟置于管式炉中，在氮气气氛下进行煅烧，得该CoP催化剂。

作为上述方案的进一步改进，所述硝酸钴与六次甲基四胺的质量比为(1-3):1。

作为上述方案的进一步改进，所述Co(OH)₂与次磷酸钠的质量比为1:(15-20)。

作为上述方案的进一步改进，步骤2)煅烧过程中是以3℃/min的速率加热升温至350-400℃，并保持2h。

作为上述方案的进一步改进，所述碱溶液包括NaOH、KOH溶液等强碱溶液。