【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水析氢，涉及电催化材料，具体涉及一种prcucop/nf高效电催化复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、电解水制取氢气能有效避免工业制氢的高污染、高能耗问题。因此，寻找高效、可广泛应用的电催化剂，是驱动电解水制氢技术工业化的关键。目前，商业化析氢的材料主要为贵金属pt。pt虽然具有较优的析氢性能，但由于其价格昂贵、成本高，不利于析氢技术实现大面积工业化生产。电催化析氢技术符合国家所提倡的新能源政策，具有有效、绿色等优点。过渡金属基复合电催化剂因其价格低廉、来源广泛已经广泛应用于缓解能源稀缺等领域。
2、电催化析氢技术借助催化剂实现电能的高效利用和转换，其电催化机理为：催化剂具有较多的催化活性位点，第一步为活性位点上的质子捕获一个电子形成吸附态的氢原子(hads)，这一过程称为volmer反应。第二步按两个途径进行：途径一为在催化剂表面hads覆盖率较低的情况下，hads倾向与质子和电子结合生成h2分子(heyrovsky反应)；途径二为在hads覆盖率高的情况下，两个相邻的hads原子结合形成h2(tafel反应)。h2分子通过volmer-heyrovsky或volmer-tafel途径形成。
3、因此尽量增加催化剂的活性位点及活性位点的暴露来提升催化性能意义重大。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，本专利技术的另一个目的在于，提供一种prcucop/nf高效电催化复合材料及应用，解决现有技术中的电析氢催
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种prcucop/nf高效电催化复合材料，包括单体cop/nf基底，所述的单体cop/nf基底上共掺杂有pr元素和cu元素。
4、pr元素的原料中的pr元素和cu元素的原料中的cu元素之间的摩尔比为摩尔比为(1～4):(1～4)。
5、本专利技术还具有如下技术特征：
6、优选的，所述的pr元素是以pr2o3的形式存在；所述的cu元素是以cuo和/或cuo2的形式存在。
7、优选的，所述的pr元素的原料为prcl3·6h2o；所述的cu元素的原料为cu(no3)3·3h2o。
8、优选的，pr元素的原料中的pr元素和cu元素的原料中的cu元素之间的摩尔比为摩尔比为1:(1～4)或(1～4):1。
9、优选的，所述的有pr元素和cu元素是以电沉积反应的方式共掺杂在单体cop/nf基底上。
10、更优选的，所述的电沉积反应的过程为：置于标准三电极体系，电沉积反应的电流密度为0.25ma，电沉积反应的时间为300s。
11、本专利技术还保护一种如权利要求1所述的prcucop/nf高效电催化复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
12、步骤一，将co(no3)3·6h2o、ch4n2o以及nh4f混合，加入到含泡沫镍的水中，得到混合液。
13、步骤二，将nah2po2加入到步骤一中的混合液中，进行磷化，制得单体cop/nf基底。
14、步骤三，将pr元素的原料与cu元素的原料溶于水，搅拌形成电解液。
15、步骤四，在搅拌条件下，将步骤二中得到的单体cop/nf基底置于到步骤三中得到的电解液中，室温条件下进行电沉积反应。
16、步骤五，步骤四反应完成后，用水反复冲洗并真空干燥，制得prcucop/nf高效电催化复合材料。
17、优选的，步骤一中，所述的nf的规格为2×4cm2。
18、优选的，步骤二中，所述的磷化时间为2h，磷化温度为300℃，磷化升温速率为2℃/min。
19、优选的，步骤五中，所述的真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为6h。
20、本专利技术还保护如上所述的prcucop/nf高效电催化复合材料用于作为催化剂在高电流密度下的电催化析氢的应用。
21、优选的，所述的电催化析氢的条件为：prcucop/nf高效电催化复合材料的反应面积为0.5×1cm2，电流密度为700macm-2；析氢反应的溶液为酸性溶液或碱性溶液，所述的酸性溶液为0.5mol/l的h2so4溶液，所述的碱性溶液为1mol/l的koh溶液。
22、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
23、(ⅰ)本专利技术的高效电催化复合材料对析氢反应的应用条件发生明显的拓宽，同时增强了酸性及碱性条件下均可达到较优的过电位。在酸性条件下，过电位η10为94mv，在碱性条件下，过电位η10为68mv。特别是高效复合材料prcucop/nf，在高电流密度下(700macm-2)可保持较优的反应活性。
24、(ⅱ)本专利技术的prcucop/nf高效电催化复合材料因引入pr元素及cu元素共掺杂致使其微棒直径增大，表面更加粗糙，可提供更多的活性位点，有利于提高电催化活性。
25、(ⅲ)本专利技术中高效电催化复合材料表面pr元素是以pr2o3的形式存在，cu元素是以cuo和/或cuo2的形式存在，氧化物的生成为高电流密度下的析氢反应过程提供了更多的活性位点。
26、(ⅳ)本专利技术中高效电催化复合材料具有更加规则的网格状结构，并在垂直方向上类似阵列的立在nf基底上。特别是复合材料prcucop/nf的电化学比表面积和导电性均较高，可以增加催化剂的活性位点及活性位点的暴露，进而提升了催化性能。
27、(ⅴ)本专利技术的高效电催化复合材料的电化学活性面积ecsa为532.75cm2，相较于单体cop/nf，复合材料的ecsa更大。
28、(ⅵ)本专利技术的高效电催化复合材料电子传质效率明显增强，高效复合材料prcucop/nf与单体cop/nf相比，复合材料构建的非晶态结构可以有效地促进电子的分离和转移。
29、(ⅶ)本专利技术的高效电催化复合材料prcucop/nf在酸性及碱性条件下均具有优异的稳定性，在保证初始电流密度达到-10macm-2的电压下，至少48h电流密度基本不变。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，包括单体CoP/NF基底，其特征在于，所述的单体CoP/NF基底上共掺杂有Pr元素和Cu元素；
2.如权利要求1所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，其特征在于，所述的Pr元素是以Pr2O3的形式存在；所述的Cu元素是以CuO和/或CuO2的形式存在。
3.如权利要求1所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，其特征在于，所述的Pr元素的原料为PrCl3·6H2O；所述的Cu元素的原料为Cu(NO3)3·3H2O。
4.如权利要求1所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，其特征在于，Pr元素的原料中的Pr元素和Cu元素的原料中的Cu元素之间的摩尔比为摩尔比为1:(1～4)或(1～4):1。
5.如权利要求1所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，其特征在于，所述的有Pr元素和Cu元素是以电沉积反应的方式共掺杂在单体CoP/NF基底上。
6.如权利要求5所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料，其特征在于，所述的电沉积反应的过程为：置于标准三电极体
7.一种如权利要求1至6任一项所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述的NF的规格为2×4cm2；
9.如权利要求1至6任一项所述的PrCuCoP/NF高效电催化复合材料用于作为催化剂在高电流密度下的电催化析氢的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的电催化析氢的条件为：PrCuCoP/NF高效电催化复合材料的反应面积为0.5×1cm2，电流密度为700mAcm-2；析氢反应的溶液为酸性溶液或碱性溶液，所述的酸性溶液为0.5mol/L的H2SO4溶液，所述的碱性溶液为1mol/L的KOH溶液。
...【技术特征摘要】
1.一种prcucop/nf高效电催化复合材料，包括单体cop/nf基底，其特征在于，所述的单体cop/nf基底上共掺杂有pr元素和cu元素；
2.如权利要求1所述的prcucop/nf高效电催化复合材料，其特征在于，所述的pr元素是以pr2o3的形式存在；所述的cu元素是以cuo和/或cuo2的形式存在。
3.如权利要求1所述的prcucop/nf高效电催化复合材料，其特征在于，所述的pr元素的原料为prcl3·6h2o；所述的cu元素的原料为cu(no3)3·3h2o。
4.如权利要求1所述的prcucop/nf高效电催化复合材料，其特征在于，pr元素的原料中的pr元素和cu元素的原料中的cu元素之间的摩尔比为摩尔比为1:(1～4)或(1～4):1。
5.如权利要求1所述的prcucop/nf高效电催化复合材料，其特征在于，所述的有pr元素和cu元素是以电沉积反应的方式共掺杂在单体cop/nf基底上。
6.如权利要...
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