[发明专利]一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：提供黑磷纳米片并分散于水中得到黑磷纳米片分散液，提供金属离子前驱体水溶液，向所述黑磷纳米片分散液中添加金属离子前驱体水溶液并搅拌混匀，得到混合分散系，再将混合分散系水浴超声1～5h，离心以收集沉淀，制得金属复合黑磷基电催化剂；其中，所述黑磷纳米片的厚度为20nm以下,所述混合分散系中黑磷纳米片的浓度为100～1000ppm，所述金属离子的浓度为5～200mM。金属复合黑磷基电催化剂的制备方法具有操作步骤简单省时，需要有机溶剂种类少，环境友好绿色环保，常温常压下即可制备，能耗低等优点。本发明还提供了该金属复合黑磷基电催化剂的制备方法在电催化技术领域的应用。

技术领域

本发明涉及电化学催化技术领域，具体涉及一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法和应用。

背景技术

电化学催化被认为是未来清洁能源的核心技术之一，其中具有优异性能的电催化剂的设计和制备是主要的技术难点。黑磷作为一种新兴的二维材料，已经被广泛用于制备针对不同电催化反应(包括但不限于析氢反应、析氧反应、二氧化碳还原反应、固氮反应等)的催化剂，而且表现出了很大的潜力。目前黑磷基电催化剂的制备方法都比较复杂，因此简单且高效的金属材料复合黑磷基电催化剂的制备方法仍然是一个技术难题。

目前常用的制备金属复合黑磷基电催化剂的方法已经比较成熟，比如水热法、溶剂热法等。湿化学法(水热法、溶剂热法等)是制备金属复合材料电催化剂的最常用的方法。其中金属的引入是通过在反应溶液中同时加入金属前驱体和额外的还原剂(抗坏血酸、硼氢化钠等)来实现的。包括在制备金属材料复合黑磷基电催化剂时，目前使用的湿化学法中也都加入了还原剂。在目前最常用的水热法中，制备金属材料复合黑磷基电催化剂都需要额外的还原剂(抗坏血酸、硼氢化钠等)来还原金属前驱体，通常同时也需要大分子高聚物表面活性剂(聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基氯/溴化铵等)来保持反应溶液中的物质和材料的稳定。这些试剂的加入使样品的制备变得繁琐而且后期处理通常需要大量时间。在溶剂热法中，还需要引入各种各样的有机溶剂(二甲基甲酰胺、油胺、三辛基膦等)来实现特定材料的制备。而且湿化学法大多数需要在高温高压的反应环境下进行(160℃、245℃、320℃等)，不环保且能耗高。

这些方法在制备过程中除了需要还原剂、表面活性剂外，还会需要额外的有机溶剂等。一方面，这些额外的试剂在后期需要通过多次离心处理除去，增加了实验复杂程度，不利于电化学应用。另一方面，有机试剂容易对周围环境造成不利影响。而且这些制备方法通常需要高温高压环境，属于高能耗的制备方法。因此，设计一种简单且绿色环保、环境友好的方法来制备金属复合黑磷基电催化剂成为当下的工业难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法，本发明还提供了一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法在电催化技术领域的应用。

第一方面，本发明提供了一种金属复合黑磷基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

提供黑磷纳米片并分散于水中得到黑磷纳米片分散液，提供金属离子前驱体水溶液，向所述黑磷纳米片分散液中添加金属离子前驱体水溶液并搅拌混匀，得到混合分散系，再将混合分散系水浴超声1～5h，离心以收集沉淀，制得金属复合黑磷基电催化剂；

其中，所述黑磷纳米片的厚度为20nm以下,所述混合分散系中黑磷纳米片的浓度为100～1000ppm，所述金属离子的浓度为5～200mM。