[发明专利]一种基于Cox

说明书

一种基于Co_xP/FeP的电极材料作工作电极用于电催化析氢本发明属于电催化析氢技术领域，具体涉及一种基于Co_xP/FeP复合材料作工作电极用于电催化析氢的制备。本发明的目的是为了解决目前电催化产生氢气成本高、效率低、稳定性差和资源匮乏等问题。产品：由氢氧化钴纳米线和钴铁普鲁士蓝立方体经磷化后获得，以此作为工作电极进行电化学测试，结果显示这种物质具有很好的电催化活性和高效的析氢速率。它的过电势为78 mV，塔菲尔斜率为55 mV/dec。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，具体涉及一种基于Co_xP/FeP复合材料作工作电极用于电催化析氢的制备。

背景技术

随着地球人口的不断增加和社会的快速发展，人类对于能源的需求已经达到了一种前所未有的程度。然而，人类目前主要的能源还是来自于传统化石燃料(煤，石油和天然气等)，但传统化石燃料的燃烧已经造成了严重的环境污染，这与可持续性发展的理念是相悖的。在这种情形下开发清洁、可再生、零污染的能源是必然的趋势，这也是目前世界各国的主要关注点。氢气(H₂)因其能量密度高、原材料易得、可持续性和零污染排放等优点成为最有发展前景的清洁能源。目前在H₂的生产方法中电催化制氢和光催化制氢备受关注，其中，电催化制氢因其成本低、零污染和耗能低等优点已经被广泛采用。但是电催化析氢也面临着一些挑战，如：贵金属(金、铂、铱和钌等)或基于贵金属衍生的复合材料用于电解水制氢时，虽然能表现出较高的催化活性和高效的析氢速率，但是贵金属材料成本高、不稳定和资源匮乏的缺点也限制其大规模的生产和应用。因此，急切需要探索非贵金属基催化剂用于电催化制氢，从而降低氢气产生的成本，提高产氢的速率，进而解决能源危机和缓解环境污染的问题。

普鲁士蓝类似物(PBAs)作为金属有机框架(MOFs)的一种，该材料不仅具有一般MOFs材料所具备的特点，还具有优良的电化学可逆性、温和的反应条件、可调节的金属离子、高度的稳定性和容易制备等特性。因此，利用PBAs材料大的比表面积、较高的稳定性和催化活性等特点，可以提高电解水制氢的产氢速率。本专利制备的钴铁普鲁士蓝(CoFePBA)在磷化后仍能保持规整的立方体形貌，且该PBA是空心的并且有较多的孔，这对电催化析氢具有积极的影响。

Co_xP/FeP即氢氧化钴纳米线和钴铁普鲁士蓝结合后经磷化反应获得。钴基材料虽然因其高活性位点，具有优越的水解离中心而备受研究人员的青睐，但是单独的钴基复合材料仍然很难提高水电解产氢气的效率。当氢氧化钴和钴铁普鲁士蓝两者结合后，过电势和塔菲尔斜率的值有明显的下降，这表明电解水产生氢气的速率得到了一定程度的提升。经过适当温度(400℃)的磷化所获得的Co_xP/FeP-400，该电极材料和其他电极材料相比，保持了较完整的线上立方体形貌，有更小的过电势和塔菲尔斜率，有较低的电荷转移电阻。因此，Co_xP/FeP-400电极材料是很有前途的电解水产氢的催化剂。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前电催化产氢原材料昂贵、稳定性差、资源匮乏和操作技术困难的问题；同时，开发制备简单、价格低廉和催化活性高的电极材料，而提出的一种基于Co_xP/FeP的电极材料作工作电极用于电催化析氢。

本发明一种基于Co_xP/FeP的电极材料作工作电极用于电催化析氢由氢氧化钴纳米线和钴铁普鲁士蓝立方体经过磷化反应形成。

本发明的有益效果：

本发明采用非贵金属合成电解水制氢所需的催化剂，在制备高效电催化剂的过程中所需的非贵金属材料是易得的且储量丰富，电子结构多变。本发明合成的Co_xP/FeP-400打破了传统双金属磷化物形貌不一、彼此分离和容易团聚的技术问题。相互交联的多孔结构和空心立方体的形态有效的增加了材料的比表面积和活性位点，进而提高了每个活性中心的催化活性。所制得的电极材料具备活性表面积大、催化活性好、循环稳定性优异、电子传输速率快和结构统一等优点。