一种Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：43078847 阅读：12 留言：0更新日期：2024-10-26 09:30

本发明专利技术公开了一种Ni<subgt;2</subgt;P/VN/Ni<subgt;3</subgt;ZnC<subgt;0.7</subgt;‑C/C自支撑电催化剂及其制备方法和应用，方法包括：取镍源、钒源、二水合乙酸锌和尿素，将其混合均匀并研磨，加入水使得镍源，装入聚四氟乙烯内衬中，搅拌至分散均匀；将上述装有溶液的聚四氟乙烯内衬置于水热电解沉积设备中，以经过高温预氧化的C/C基体为阴极，以高纯石墨块体为阳极，在沉积电压为1～30V、水热温度为70～180℃沉积10min～3h，将得到的C/C基体干燥；将得到的C/C基体置于小瓷舟中，将小瓷舟置于大瓷舟的一端，另一端放置过量次亚磷酸纳，在N<subgt;2</subgt;气氛中于700～900℃中保温1～3h，得到Ni<subgt;2</subgt;P/VN/Ni<subgt;3</subgt;ZnC<subgt;0.7</subgt;自支撑电催化剂，制备出在碱性环境中电催化活性高，稳定性强的催化剂，制备方法简便绿色环保，原料成本低。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料，涉及自支撑电催化剂及其制备方法，具体涉及一种ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、随着世界范围内能源需求的不断增长、化石燃料的快速枯竭以及对环境的持续负面影响，开发可再生和可持续的能源迫在眉睫。电化学水分解提供了一种有吸引力的、可持续的方法来生产环境友好和高纯度的氢燃料。然而，阴极析氢反应(her)涉及多步质子耦合过程，高的过电位和缓慢的动力学严重降低了总的能量转换效率。为了解决这个问题，需要高活性的电催化剂来加速析氢反应(her)反应动力学。众所周知，贵金属(例如,pt,pd等)是最先进的催化剂，但由于其价格昂贵、储量稀少等原因，仍然远离工业应用。近年来，人们致力于开发过渡金属基her电催化材料，包括过渡金属氮化物、磷化物、碳化物、硫化物和氧/氢氧化物等。同时，多种结构或电子调控策略已被用于增强电催化活性，如构建三维(3d)分级结构、异质结结构、杂原子掺杂、缺陷工程、d带调制等。特别是多组分集成催化剂(mics)的设计引起了人们极大的兴趣，它可以利用单个组分产生的耦合协同效应来实现her过程中氢中间体的吸附/脱附平衡，从而加速her过程[yan,y.xie,a.wu,z.cai,l.wang,c.tian,x.zhang,h.fu,adv.mater.2019,31,1901174.]。

2、过渡金属碳化物(tmcs)由于其优异的物理化学性质，如高电导率、低成本和优异的化学稳定性，作为水分解的her催化剂受到了越来越多的研究兴趣。tmcs

3、vn凭借其优异的电子导电性、化学稳定性和类pt电子结构在电催化水分解领域引起了极大的兴趣。然而，它的d电子密度仍然不足，这使得它对h*的吸附有一定的难度[cheng,j.gong,b.cao,x.xu,p.jing,s.p.feng,r.cheng,b.liu,r.gao,j.zhang,j.energychem.2022,68,646–657.]。值得注意的是，相关的理论计算表明，vn可以充当电荷泵浦调节剂，并且容易捕获来自co金属的电子，从而大大提高了co附近碳原子的催化活性。[chen,h.qing,r.wang,r.wu,energy environ.sci.2021,14,31603173.]为此，将vn合理地掺入ni3znc0.7体系中，以优化这种复合催化剂的电子结构。

4、过渡金属磷化物(tmps)，包括ni2p，co2p，fe2p/fe3p和mop，由于其在her过程中捕获带正电荷质子的能力而引起了极大的关注。其中，ni2p纳米棒、ni2p纳米线、ni2p纳米片、mof衍生的多孔ni2p等一系列ni2p纳米材料，由于其结构和电子与高效her生物催化剂的活性位点氢化酶相似，被报道具有更高的her活性。然而，由于ni2p导电性差、比表面积小、给电子能力差等关键缺陷，限制了其在her中的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种海绵状适用大电流强碱环境ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂及其制备方法和应用，该自支撑电催化剂制备方法简便绿色环保，原料成本低，在碱性环境中电催化活性高，稳定性强。

2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：

3、一种ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一、按镍源与钒源物质的量比(0.5～3):1、镍源与二水合乙酸锌的物质的量比(0.5～3):1、按镍源与尿素的物质的量比1：(2～8)，称取镍源、钒源、二水合乙酸锌和尿素，将其混合均匀并研磨，加入水使得镍源的浓度为0.003～0.06mol/l，装入聚四氟乙烯内衬中，搅拌至分散均匀；

5、步骤二、将步骤一的装有溶液的聚四氟乙烯内衬置于水热电解沉积设备中，以经过高温预氧化的c/c基体为阴极，以高纯石墨块体为阳极，在沉积电压为1～30v、水热温度为70～180℃沉积10min～3h，将得到的c/c基体干燥；

6、步骤三、将步骤二得到的c/c基体置于小瓷舟中，将小瓷舟置于大瓷舟的一端，另一端放置过量次亚磷酸纳，最后将大瓷舟放在管式炉的石英管中部，放有次亚磷酸纳的一端置于近气端，在n2气氛中于700～900℃中保温1～3h，得到ni2p/vn/ni3znc0.7自支撑电催化剂。

7、本专利技术还具有以下技术特征：

8、优选的，步骤一中所述的镍源包括六水合二氯化镍、六水合硝酸镍、乙酰丙酮镍和四水合乙酸镍中的任一种。

9、优选的，步骤一中所述的钒源为三氯化钒或乙酰丙酮钒。

10、优选的，步骤一中所述的搅拌为置于磁力搅拌器上，室温搅拌1～2h。

11、优选的，步骤一中所述的聚四氟乙烯内衬的填充比为50％～67％。

12、优选的，步骤二中所述的干燥为于30℃干燥4h。

13、本专利技术还保护一种如上所述的方法制备的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂及其在大电流强碱性环境电催化析氢中的应用。

14、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：

15、本专利技术在c/c复合材料表面制备的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c复合自支撑电催化剂，导电性高、原料成本低，电催化性能高，催化活性物质与基体结合性强，长时间催化稳定性好；

16、本专利技术采用水热电解沉积法制备ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c，工艺简单，条件易于控制，有利于催化剂的催化析氢性能的调节与改进；

17、本专利技术制备的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂，将ni3znc0.7双金属碳化物与vn和ni2p复合，发挥组分协同作用，表现出优异的电催化析氢性能；

18、本专利技术采用c/c复合材料作为自支撑电催化剂的基本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的镍源包括六水合二氯化镍、六水合硝酸镍、乙酰丙酮镍和四水合乙酸镍中的任一种。

3.如权利要求1所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的钒源为三氯化钒或乙酰丙酮钒。

4.如权利要求1所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的搅拌为置于磁力搅拌器上，室温搅拌1～2h。

5.如权利要求1所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的聚四氟乙烯内衬的填充比为50％～67％。

6.如权利要求1所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的干燥为于30℃干燥4h。

7.一种如权利要求1

8.一种如权利要求7所述的Ni2P/VN/Ni3ZnC0.7-C/C自支撑电催化剂在大电流强碱性环境电催化析氢中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的镍源包括六水合二氯化镍、六水合硝酸镍、乙酰丙酮镍和四水合乙酸镍中的任一种。

3.如权利要求1所述的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的钒源为三氯化钒或乙酰丙酮钒。

4.如权利要求1所述的ni2p/vn/ni3znc0.7-c/c自支撑电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的搅拌为置于磁力...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，刘瑞，冯亮亮，黄剑锋，陈倩，余泽翰，周梦菲，刘子杰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：

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