[发明专利]一种富磷空位的铁掺杂磷化镍的制备方法及其在电解海水产氢中的应用

说明书

本发明涉及工业电解海水制氢领域，公开了一种富磷空位的铁掺杂磷化镍的制备方法及其在电解海水产氢中的应用。通过熔融盐磷化辅助法在集流体上生长铁掺杂磷化镍，并利用硼氢化钠刻蚀法引入磷空位。利用该催化剂同时作为阴极与阳极，在工业电解海水的条件(电解液：6M KOH海水，温度：60℃)下，仅需要1.77V的工作电压就能达到3A/cm²的电流密度，并且能够在工业电解海水的条件下稳定循环100h。与传统制备双功能电催化剂方法相比，本发明在保证高效催化的同时，能够在工业条件下保持催化稳定性，在未来的实际应用中具有重要价值。

技术领域

本发明涉及工业电解海水制氢领域，具体为一种富磷空位的铁掺杂磷化镍的制备方法及其在电解海水产氢中的应用。

背景技术

电解水制氢(H₂)具有142MJ kg^-1的高能量密度和零排放，是传统化石燃料的有希望的替代品。目前，以纯水为原料的传统水电解槽不兼容。因此，直接海水电解制氢变得越来越有吸引力。目前，直接海水电解最具挑战性的基础和技术障碍是阳极处析氧反应(OER)和析氯反应(ClER)之间的电化学竞争。因此，设计具有成本效益且稳定高效的电催化剂，可以在低施加电压下提供高电流密度，以避免海水中的CER副反应至关重要。

近期，广泛的研究活动一直致力于开发基于3d过渡金属化合物的经济实用的替代品。特别是，镍基磷化物因其出色的活性和耐久性而被认为是最好的非贵金属OER和析氢反应 (HER)催化剂之一。然而，该系统仍然存在固有的导电性差和过电势大的问题。针对此问题，需要开发一种制备简单，且同时具备成本效益且稳定高效的双功能电催化剂。

发明内容

1、本发明的目的在于提供了一种富磷空位的铁掺杂磷化镍的制备方法，并将其应用于电解海水产氢。通过熔融盐磷化辅助法在集流体上生长铁掺杂磷化镍，并利用硼氢化钠刻蚀法引入磷空位。与传统制备双功能电催化剂方法相比，本发明在保证高效催化的同时，能够在工业条件下保持催化稳定性，在未来的实际应用中具有重要价值。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的富磷空位的铁掺杂磷化镍电催化剂的制备方法，可以通过如下技术路线予以实现：

(1)集流体的前处理：将集流体(泡沫镍)裁剪成适当大小后分别浸入丙酮、乙醇、去离子水中超声处理后在真空烘箱中干燥。

(2)(Fe)NiOOH前驱体的制备：将FeCl₃·6H₂O与Ni(NO₃)₂·6H₂O在烘箱中加热至125～250℃，放入泡沫镍反应1～60min，自然冷却。反应后的泡沫镍用去离子水与乙醇反复冲洗后在真空烘箱中干燥。

(3)Fe-Ni₂P前驱体的制备：将反应后的泡沫镍放置于管式炉下游，上游次磷酸钠300～400℃保温60～180min,升温速率2～10℃/min。

(4)Fe-Ni₂Pv前驱体的制备：将反应后的泡沫镍在硼氢化钠溶液中浸泡30～180min。反应后的泡沫镍用去离子水与乙醇反复冲洗后在真空烘箱中干燥。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中泡沫镍剪裁成1cm*2cm大小，分别浸入丙酮、乙醇、去离子水中超声处理10～40min后干燥,用以去除泡沫镍表面的有机物以及氧化物。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中FeCl₃·6H₂O与Ni(NO₃)₂·6H₂O 的质量比为(1～4：4～1)。以合成形貌尺寸较为均匀的微针状Fe-NiO(OH)前驱体。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中次磷酸钠的量为0.5～2g。