[发明专利]一种单原子铂负载过渡金属磷化物析氢催化剂的制备方法

说明书

一种单原子铂负载过渡金属磷化物析氢催化剂的制备方法，属于析氢电催化剂材料技术领域。利用泡沫镍(Ni foam,NF)、六水硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)、氟化铵(NH₄F)、尿素(CO(NH₂)₂)、亚次磷酸钠(NaH₂PO₂)以及氯铂酸(H₂PtCl₆)和在相对温和条件下经过还原磷化后制备出具有优异析氢电催化剂性能。本发明具有制备简单、性能好、稳定性好的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于在泡沫镍上原位生长过渡金属磷化物并负载单原子铂的(Pt_SA-Ni₂P@NF)的制备方法，属于析氢电催化剂材料技术领域。

背景技术

随着我国综合国力的日益增强，在不同行业都取得突破和进展的同时，能源枯竭的问题逐渐不容人们忽视。而当下全球也正面临能源危机，若化石燃料耗尽，中国也将首当其冲。因此，我国在过去很长一段时间内就已将新能源的发展作为国家可持续发展的重点。目前国内已经开始大力推动新能源有关的研究，将为世界展现出中国对于解决世界环境问题以及能源问题的能力和应担当的责任。氢能作为清洁、高效、安全、可持续的二次能源，可为传统工业提供深度脱碳，可作为实现碳中和的主要路径。以太阳能光伏、风电、水电等各种可再生能源发电制备的“绿色氢”是可能取代传统化石能源的终极能源。

电解水是一种有效地实现无碳排放产氢的方法，它涉及两个反应，即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。这两种反应都需要有效的电催化剂来降低电催化过电位，对于HER反应，该反应包括两电子转移步骤和较高的能量势垒。鉴于HER催化剂的快速发展，其中部分催化剂甚至表现出比基准商业化20％铂炭催化剂更好的性能，因此探索高效的HER催化剂非常重要。

近年来，在析氢电催化剂领域中，一些过渡金属磷化物、氮化物、硒化物和碳化物等都相继被开发用作HER催化剂，但这些物质的催化活性与铂始终存在明显差距，短期内铂仍不可被替代。因此，如何进一步提升铂的活性并降低铂的用量成为未来研究的主要方向。单原子催化剂的出现为解决这一问题提供了新的思路。单原子催化剂是负载型催化剂分散程度的极限，可以最大程度地发挥贵金属的催化效率，降低制造成本。其中，催化剂的活性和稳定性极大地阻碍“绿色氢”的发展。前期研究证明单原子铂与不同载体之间存在电子交换，从而提高铂的本征催化活性和大幅度降低铂用量。

因此，该发明研究了一种利用泡沫镍合成铂负载过渡金属磷化物一体化材料的方法，该材料在调控金属磷化物结构和形貌的同时建立铂负载量、化学组成和析氢性能的关系，在电催化剂材料中的应用方面具有制备简单、性能好、稳定性好的特点。本发明不仅能够揭示铂与过渡金属磷化物之间作用机制，而且对负载型Pt催化剂在高效制备“绿色氢”的实际应用具有重要的意义。

发明内容

针对目前过渡族金属析氢电催化剂材料的研究基础，本发明提出了一种利用泡沫镍(Ni foam,NF)、六水硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)、氟化铵(NH₄F)、尿素(CO(NH₂)₂)、亚次磷酸钠(NaH₂PO₂)以及氯铂酸(H₂PtCl₆)和在相对温和条件下经过还原磷化后制备出具有优异析氢电催化剂性能。

一种单原子铂负载过渡金属磷化物析氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备Ni(OH)₂@NF前驱体