一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料制备和应用领域，具体涉及一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列及其制备方法和应用。该纳米片阵列的制备方法简单，只需要水热反应结合后续磷化处理即可。该钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列包括泡沫镍基底和纳米片，所述纳米片以阵列形式近似垂直生长在泡沫镍基底上，纳米片的横向尺寸为0.5～2μm，厚度为5～20 nm；纳米片具有丰富的介孔，介孔的尺寸为2～5 nm。得益于其独特的二维介孔结构和均匀的钴元素掺杂，这种纳米片阵列在电催化HER、OER和全解水方面均具有优异的性能，优于目前报道的其它Cu3P基纳米材料。P基纳米材料。P基纳米材料。

【技术实现步骤摘要】
一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备和应用领域，尤其涉及一种钴掺杂磷化铜（Cu3P）二维介孔纳米片阵列及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于煤炭、石油、天然气等传统化石燃料的巨大消耗，全球能源危机日益严重。建立清洁、可持续的能源供应体系已成为全世界关注的问题。氢气因其燃烧热值高、无污染、使用方便等独特优势，已被公认为最理想的能源载体之一。电催化分解水制取氢气是一种具有广阔应用潜力的方法。它包括阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)。高效的电催化剂在实际应用中对加速水分解起着重要作用。虽然铂基和钌/铱基贵金属材料分别在HER和OER中可作为高效电催化剂使用，但其低储量和高价格限制了其大规模应用。因此，探索高效、经济的水分解电催化剂已成为近年来材料科学领域的热门课题。
[0003]FeP、CoP、Ni2P和Cu3P等过渡金属磷化物因其电导率高、稳定性好、丰度高而成为近年来备受关注的电催化剂。最近的研究表明，Cu3P是HER极具潜力的催化材料。比如，Cu3P纳米线阵列作为HER电催化剂具有很高的效率，通过143 mV的过电位就可以驱动10mA/cm2的电流密度。但总体而言，Cu3P基纳米材料在电催化领域的应用仍然相对较少，尤其是在OER和全解水领域。而且，现有的Cu3P基电催化剂的催化活性和稳定性仍然缺乏竞争力，需要进一步提高。总之，亟待开发一种新型、性能优异的的Cu3P基电催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列及其制备方法，以解决现有高活性Cu3P基电催化剂的制备问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现。
[0006]本专利技术提供的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列，包括基底和以阵列形式负载于所述基底上的纳米片；所述纳米片的横向尺寸为0.5～2μm，厚度为5～20 nm，纳米片具有丰富的介孔，介孔的尺寸为2～5 nm。
[0007]优选地，所述基底为泡沫镍。
[0008]优选地，所述纳米片为具有均匀的钴元素掺杂的磷化铜二维介孔纳米片。
[0009]本专利技术提供的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，在生长前，首先把泡沫镍基底用丙酮浸泡5～10分钟，然后在强超声作用下用盐酸溶液浸泡5～20分钟，最后用去离子水和乙醇彻底清洗；步骤(2)，先将硝酸铜（Cu(NO3)2·
3H2O）、硝酸钴（Co(NO3)2·
6H2O）和尿素按摩尔比1 : （0.25～2）: （5～10）放入聚四氟乙烯高压釜内胆中，然后加入去离子水至内胆填充度为50～80 %，搅拌0.5～2小时得到均匀溶液，然后放入步骤(1)中清洗好的泡沫镍基底，将高压釜放入鼓风干燥箱中，设定反应温度为120
ꢀ°
C，保温时间3～15小时，待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出泡沫镍基底，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至水溶液呈中性，最后将
洗涤后的泡沫镍基底放入烘箱在70
°
C下干燥2～8小时，得到钴铜双金属氢氧化物纳米片阵列；步骤(3)，将步骤(2)中得到的钴铜双金属氢氧化物纳米片阵列和0.4～1 g次磷酸钠（NaH2PO2）分别放置在石英舟中，再将石英舟放置在管式炉中，设定氩气气氛中350
°
C煅烧0.5～2小时，即得到钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列。
[0010]优选地，所述步骤(2)中，硝酸铜（Cu(NO3)2·
3H2O）、硝酸钴（Co(NO3)2·
6H2O）和尿素的摩尔比为1 : 1: 10。
[0011]本专利技术提供的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料能够作为电催化分解水反应的电催化剂。
[0012]本专利技术的技术效果是：（1）本专利技术的制备过程简单，只需要水热反应结合后续磷化处理即可；（2）制备的Cu3P纳米片以阵列形式排列在泡沫镍基底上，纳米片具有较高的介孔性和均匀的钴掺杂；（3）这种纳米片阵列在电催化HER、OER和全解水方面均具有优异的性能，优于目前报道的其它Cu3P基纳米材料。
附图说明
[0013]图1中(a)为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的X射线衍射（XRD）图谱，图1中(b)和(c)为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的原子结构示意图。
[0014]图2为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的扫描电子显微镜（SEM）照片。
[0015]图3为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的透射电子显微镜（TEM）照片。
[0016]图4为本专利技术所制备的对比材料纳米线阵列的扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）照片。
[0017]图5为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的电催化HER性能曲线图。
[0018]图6为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的电催化OER性能曲线图。
[0019]图7为本专利技术所制备的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列材料的电催化全解水性能曲线图。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图和具体实施例详细说明本专利技术的技术方案及其所具有的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本专利技术的实质，但不能对本专利技术的实施和保护范围构成任何限定。
[0021]在以下实施例中，在钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列生长之前，先通过以下步骤处理生长所需要的泡沫镍基底：首先用丙酮浸泡5～10分钟，然后在强超声作用下用盐酸溶液浸泡5～20分钟，最后用去离子水和乙醇彻底清洗。
[0022]制备实施例1：
先将硝酸铜（Cu(NO3)2·
3H2O）、硝酸钴（Co(NO3)2·
6H2O）和尿素按摩尔比1 : 1: 10放入聚四氟乙烯高压釜内胆中，然后加入去离子水至内胆填充度为70 %，搅拌0.5小时得到均匀溶液，然后放入清洗好的泡沫镍基底，将高压釜放入鼓风干燥箱中，设定反应温度为120
ꢀ°
C，保温时间6小时，待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出泡沫镍基底，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至水溶液呈中性，最后放入烘箱在70
°
C下干燥8小时，得到钴铜双金属氢氧化物纳米片阵列。将得到的钴铜双金属氢氧化物纳米片阵列和0.6 g次磷酸钠（NaH2PO2）分别放置在石英舟中，再将石英舟放置在管式炉中，设定氩气气氛中350
°
C煅烧1小时，即得到钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列。
[0023]制备实施例2：先将硝酸铜（Cu(NO3)2·
3H2O）、硝酸钴（Co(NO3)2·
6H2O）和尿素按摩尔比1 : 0.5: 10放入聚四氟乙烯高压釜内胆中，然后加入去离子水至内胆填充度为70 %，搅拌1小时得到均匀溶液，然后放入清洗好的泡沫镍基底，将高压釜放入鼓风干燥箱中，设定反应温度为120
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列，其特征在于，包括基底和负载于所述基底上的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片；所述基底为泡沫镍，所述纳米片以阵列形式近似垂直生长在泡沫镍基底上，纳米片的横向尺寸为0.5～2μm，厚度为5～20 nm；纳米片具有丰富的介孔，介孔的尺寸为2～5 nm。2.根据权利要求1所述的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列，其特征在于，所述磷化铜二维介孔纳米片具有均匀的钴元素掺杂。3.根据权利要求1所述的钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硝酸铜、硝酸钴和尿素溶解在水中，并置于反应釜中；向反应釜中放入泡沫镍基底，将反应釜保持在120
ꢀ°
C下3～15小时；对所述泡沫镍基底进行洗涤和干燥，再进一步进行磷化处理，得到钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，刘渊，李昕，龚吴非，郭满满，袁彩雷，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：