[发明专利]一种双金属掺杂的金属磷化物纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双金属掺杂的金属磷化物纳米纤维及其制备方法，该方法包含：将金属盐和聚丙烯腈溶液常温下混合均匀，得到前驱溶液；其中，金属盐包含：Fe、Co、Ni、Cu、Mo或Ru中的任意三种金属的可溶性盐；聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈溶于N，N‑二甲基甲酰胺所得的溶液；将前驱溶液进行静电纺丝，得到前驱纤维；将前驱纤维在空气中热处理得到双金属掺杂的金属氧化物的纳米纤维；将双金属掺杂的金属氧化物的纳米纤维在惰性气体氛围下，与次磷酸钠在热处理下反应，冷却至室温，得到双金属掺杂的金属磷化物多孔纳米纤维。本发明的方法制备的金属磷化物纳米纤维具有多孔结构，利于电解液的快速传输，从而具有优异的HER和OER活性。

技术领域

本发明涉及一种金属磷化物纳米纤维的制备方法，具体涉及一种双金属掺杂的金属磷化物纳米纤维及其制备方法。

背景技术

氢气作为一种可再生清洁能源，具有燃烧热值高，质量轻，清洁无污染等优点，通过电催化水分解产生氢气被认为是最有效方法制氢方法。然而，由于大的过电势，需要消耗大量的电能，严重阻碍了该方法的大规模的实际应用。目前，IrO₂和Pt/C被认为是性能最为优异的氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)的电催化剂。然而，高昂的成本和低的储量限制了它们的广泛应用。因此，开发低成本的电解水催化剂，特别是能同时催化HER和OER的催化剂，对推动电解水制氢产业化具有重要意义。

过渡金属磷化物是一种将磷元素填充到过渡金属晶格中而形成的间隙化合物，是一种非常具有发展潜力的电解水催化剂。然而，过渡金属磷化物一般显示出优异的HER或OER性能，当组装出全解水器件时，仍需要较高的电压才能有效驱动水的分解。

发明内容

本发明的目的是提供一种双金属掺杂的金属磷化物纳米纤维及其制备方法，具有多孔结构，利于电解液的快速传输，从而具有优异的HER和OER活性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种双金属掺杂的金属磷化物纳米纤维的制备方法，该方法包含：将金属盐和聚丙烯腈溶液常温下混合均匀，得到前驱溶液；其中，所述金属盐包含：Fe、Co、Ni、Cu、Mo或Ru中的任意三种金属的可溶性盐；所述聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺所得的溶液；将所述前驱溶液进行静电纺丝，得到前驱纤维；其中，所述静电纺丝的条件为：纺丝电压为18kV，溶液流速为1.5mL/h；将所述前驱纤维在空气中进行第一次热处理得到双金属掺杂的金属氧化物的纳米纤维；其中，所述第一次热处理，为：以2℃/min的升温速率升到200℃，保温，再以2℃/min的升温速率升到500℃，保温，冷却到室温；将所述双金属掺杂的金属氧化物的纳米纤维在惰性气体氛围下，与次磷酸钠在第二次热处理下反应，冷却至室温，得到双金属掺杂的金属磷化物多孔纳米纤维；其中，所述第二次热处理，为：以2℃/min的升温速率升到400℃，保温。采用次磷酸钠得到的双金属掺杂的金属磷化物多孔纳米纤维性能要好于采用次亚磷酸铵、红磷等制备的材料的性能。

优选地，所述金属盐为金属硝酸盐、金属醋酸盐或金属乙酰丙酮盐。

优选地，所述金属盐为Co、Ni和Ru的可溶性盐，所述双金属掺杂的金属磷化物多孔纳米纤维中，Co、Ni和Ru的摩尔比为16:4:3。

优选地，所述金属盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍和三(乙酰丙酮酸)钌。

优选地，所述聚丙烯腈溶液的浓度为0.12g/mL；所述金属盐的总浓度为0.09243g/mL。

优选地，所述静电纺丝，收集装置与针头距离范围为18cm。

优选地，所述第一次热处理，以2℃/min的升温速率升到200℃，保温1～4h后，再从200℃以2℃/min的升温速率升到500℃，保温1～4h后，冷却到室温。

优选地，所述第二次热处理，以2℃/min的升温速率升到400℃，保温1～3h后冷却到室温。