[发明专利]一种原位掺杂中空磷化钴纳米微粒的中空碳材料、制备方法及其在催化电解水产氢中的应用

摘要

一种原位掺杂中空磷化钴纳米微粒的具有十二面体形貌的中空碳材料的制备方法及其在催化电解水产氢中的应用，属于催化电解水产氢技术领域。具体步骤为：(1)含有钴离子的具有十二面体形貌的金属有机框架材料ZIF‑67的制备；(2)含钴的金属有框架材料ZIF‑67与多巴胺单体反应生成含有钴配位掺杂的中空聚合物纳米材料；(3)氧化钴/碳复合中空纳米材料的制备；(4)中空磷化钴/碳复合中空纳米材料的制备。该材料的尺寸大小可以依据ZIF‑67的大小来进行调整；在催化电解水产氢的性能测试中，做为阴极的电极材料表现出了非常好的电催化活性与稳定性。因此，本发明材料在作为催化电解水产氢的电极材料具有非常好的应用前景。

主权项

1.一种原位掺杂中空磷化钴纳米微粒的具有十二面体形貌的中空碳材料的制备方法，其步骤如下：(1)含有钴离子的具有十二面体形貌的金属有机框架材料ZIF‑67的制备：将200～1000mg的Co(NO3)2·6H2O与500～3000mg的2‑甲基咪唑分别溶解于25～100mL甲醇中得到澄清溶液，之后将两种溶液混合均匀得到紫色溶液并在室温下静置6～24h；然后将上述反应产物通过离心处理，并用甲醇洗涤3～5次，在40～60℃条件下烘干10～15h，得到含有钴离子的具有十二面体形貌的金属有机框架材料ZIF‑67；(2)含有钴配位掺杂的中空聚合物纳米材料的制备：称取40～60mg步骤(1)制备的ZIF‑67，将其分散在50～75mL甲醇中，得到ZIF‑67分散液；之后取10～15mL、20mM盐酸多巴胺的甲醇溶液，将前面得到的ZIF‑67分散液与盐酸多巴胺的甲醇溶液混合，并将反应体系置于40～60℃条件下回流搅拌6～12h，将得到的产物离心处理，并用甲醇洗涤3～5次直到上清液无色澄清；去除上清液，保留固体产物，从而得到含有钴配位掺杂的中空聚合物纳米材料；(3)氧化钴/碳复合中空纳米材料的制备：将步骤(2)制备的含有钴配位掺杂的中空聚合物纳米材料在通氩气保护的条件下，在700～800℃下碳化2～4h，冷却至室温后得到氧化钴/碳复合中空纳米材料；(4)中空磷化钴/碳复合中空纳米材料的制备：在通氩气保护的条件下，将步骤(3)得到的氧化钴/碳复合中空纳米材料进行磷化，磷源为NaH2PO2·H2O，磷化温度为300～400℃，磷化时间为1～3h，冷却至室温后得到原位掺杂中空磷化钴纳米微粒的具有十二面体形貌的中空磷化钴/碳复合中空碳材料。