CN108654658B - 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法 - Google Patents

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108654658B
CN108654658B CN201810525236.5A CN201810525236A CN108654658B CN 108654658 B CN108654658 B CN 108654658B CN 201810525236 A CN201810525236 A CN 201810525236A CN 108654658 B CN108654658 B CN 108654658B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nicop
hydrothermal
preparation
electrocatalyst
foam nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810525236.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108654658A (zh
Inventor
范爱玲
杨诗綦
窦菊芳
曹小强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201810525236.5A priority Critical patent/CN108654658B/zh
Publication of CN108654658A publication Critical patent/CN108654658A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108654658B publication Critical patent/CN108654658B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/14Phosphorus; Compounds thereof
    • B01J27/185Phosphorus; Compounds thereof with iron group metals or platinum group metals
    • B01J27/1853Phosphorus; Compounds thereof with iron group metals or platinum group metals with iron, cobalt or nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33Electric or magnetic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法,属于能源转化材料制备技术领域。首先获得具有高活性表面积和合适化学组成的Ni/Co前驱体,在此基础上,以次磷酸盐作为磷源对前驱体进行磷化。研究发现该催化剂具有高效的双功能电催化活性。在碱性条件下,其产氢和产氧所需要的过电势(10mA cm‑2)分别为27mV和144mV,其性能超过大多数报道的双功能电催化剂。同时,本发明所涉及的制备工艺简单,原材料丰富便宜,可替代昂贵且稀缺的贵金属基催化剂,促进电化学全水分解的商业化应用。

Description

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法
技术领域
本发明属于能源转化材料制备技术领域,提供了一种水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法。
背景技术
随着社会发展、环境恶化以及化石能源减少,人们急需寻找一种可替代的清洁能源。氢气作为一种清洁能源可由电解水得到,地球上水资源丰富,电解水制氢拥有广阔的应用前景。但目前电解水最有效的催化剂为贵金属Pt,其价格和地球储量限制了大规模工业应用,研发非贵金属高效水分解电催化剂成为促进电化学水分解的商业化应用关键问题。
在诸多催化剂中,过渡金属磷化物是综合性能佳、应用前景广泛的水分解电催化剂。但目前所报道的大多数非贵金属电催化剂性能与贵金属基的相比,仍存在较大差距。主要原因是导电性低、活性表面积受限以及长期稳定性差等问题限制了其优异潜能的发挥。合金化过程是一种有效的方法去探索多相催化剂潜在的功能以及协调它们的表面特性,如电子结构、协同耦合效应和润湿性等,从而实现高效率。如申请号为201210317513.6的专利公开了一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法,其方法主要是通过脉冲电沉积在预处理的镍片表面施镀,将P掺杂进Ni-Mo镀层中,形成具有产氢能力优良、镀层均匀以及介于晶态和非晶态结构之间的Ni-Mo-P纳米晶结构镀层;所制备的镀层同样也具有良好的稳定性。但其不足之处在于,所制备的镀层比表面积过小,从而导致持续性不佳,用一段时间后就会造成性能方面的下降。申请号为201410133843.9的专利公开了一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法,其主要是采用溶剂热合成方法,在泡沫镍基底上原位生长镍钌氧化物纳米棒,获得的电极比表面积大,与基底结合牢固,活性位点多及催化活性强,具有优良的析氢性能和较高的稳定性,但其不足之处在于,所制备的产品毒性较大,且容易污染环境。申请号为201610296319.2的专利公开了一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法,其主要是采用水热法在泡沫镍基底上生长出NiCo盐化合物纳米线前驱体,然后进行磷化,获得高比表面积和良好导电性的NiCoP纳米线电催化电极。但其不足之处在于,磷化过程复杂,且所制备的产品析氢性能与贵金属Pt相比还存在较大差距。
此外,水分解反应过程中,除了析氢反应,还存在另外一半反应产氧反应,而该反应的发生通常要用贵金属的氧化物如RuO2、IrO2做催化剂,增大水分解技术成本,且由于目前水分解技术采用不同的阴、阳极电催化材料,操作不便,限制了大规模水分解技术工业应用。
发明内容
本发明旨在提供一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法。为了实现发明目的,本发明采用的技术方案如下:
(1)基底预处理
将泡沫镍砂纸打磨后,分别用盐酸和去离子水超声波清洗,以去除泡沫镍表面氧化物和杂质;
(2)水热法制备NiCo盐化合物前驱体
将处理后的泡沫镍片,以45°角倾斜放置于含有镍离子和钴离子的水热溶液中,并置于高压反应釜中密封烘烤,洗涤干燥后即得具有高活性表面积的蓬松纳米海草状NiCo盐化合物前驱体;
其中水热溶液组成每28~32mL去离子水对应六水合硝酸镍0.13~0.16g,六水合硝酸钴0.27~0.29g,尿素0.087~0.089g;
工艺参数优选:水热温度120℃,水热时间8~24h;
(3)NiCo盐化合物前驱体的磷化处理
将所获得的NiCo盐化合物前驱体放入水热溶液中进行磷化处理;
其中磷化过程的水热溶液组成每28~32mL去离子水对应次亚磷酸钠2.542~2.546g;
工艺参数优选:水热温度160℃,水热时间8h;
(4)干燥
将磷化处理后的试样放置于烘箱中干燥,获得NiCoP电催化剂。
工艺参数优选:干燥温度60℃,干燥时间16h;
本发明的创新之处在于:(1)调整泡沫镍基体在水热溶液中的放置角度,以45°角倾斜放置并结合水热时间调控,可形成具有高活性表面积的蓬松纳米海草状Ni/Co前躯体;(2)使用水热法可引入大量的小分子磷,达到调整催化剂的表面结构及电子耦合效应目的,从而提高催化剂效率。(3)用于水分解具有双功能析氢、析氧。
附图说明
图1实例1的SEM图;(A)为实例1NiCo盐化合物前驱体的SEM图,(B)为前驱体磷化后所得NiCoP电催化极材料的SEM图。
图2实例2的SEM图;(A)为实例2NiCo盐化合物前驱体的SEM图;(B)为前驱体磷化后所得NiCoP电催化极材料的SEM图。
图3实例3的SEM图;(A)为实例3NiCo盐化合物前驱体的SEM图,(B)为前驱体磷化后所得NiCoP电催化极材料的SEM图。
图4为所有实例的HER极化曲线;
图5为所有实例的OER极化曲线;
图6为所有实例的阻抗谱图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
实例1:按表1中前驱体的水热溶液和磷化水热溶液的组成配制,前驱体水热时间为8h,然后按照上述工艺步骤制备样品。
表1具体实施条件
Figure BDA0001675756770000041
实例2:按表2中前驱体的水热溶液和磷化水热溶液的组成配制,调节前驱体水热时间为16h,然后按照上述工艺步骤制备样品。
表2具体实施条件
Figure BDA0001675756770000042
Figure BDA0001675756770000051
实例3:按表3中前驱体的水热溶液和磷化水热溶液的组成配制,调节前驱体水热时间为24h,然后按照上述工艺步骤制备样品。
表3具体实施条件
Figure BDA0001675756770000052
表4所有实例相应的塔菲尔斜率和电流密度为10mA cm-2时的过电位
Figure BDA0001675756770000053

Claims (4)

1.一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)基底预处理
将泡沫镍砂纸打磨后,分别用盐酸和去离子水超声波清洗,以去除泡沫镍表面氧化物和杂质;
(2)水热法制备NiCo盐化合物前驱体
将处理后的泡沫镍片,以45° 角倾斜放置于含有镍离子和钴离子的水热溶液中,并置于高压反应釜中密封烘烤,洗涤干燥后即得具有高活性表面积的蓬松纳米海草状NiCo盐化合物前驱体;
其中水热溶液组成每28~32mL去离子水对应六水合硝酸镍0.13~0.16g,六水合硝酸钴0.27~0.29g,尿素0.087~0.089g;
(3)NiCo盐化合物前驱体的磷化处理
将所获得的NiCo盐化合物前驱体放入水热溶液中进行磷化处理;
其中磷化过程的水热溶液组成每28~32mL去离子水对应次亚磷酸钠2.542~2.546g;
(4)干燥
将磷化处理后的试样放置于烘箱中干燥,获得NiCoP电催化剂;
步骤(2)工艺参数:水热温度120℃,水热时间16~24h。
2.按照权利要求1所述的一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP的制备方法,其特征在于,步骤(3)工艺参数:水热温度160℃,水热时间8h。
3.按照权利要求1所述的一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP的制备方法,其特征在于,步骤(4)工艺参数:干燥温度60℃,干燥时间16h。
4.按照权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的高效水分解双功能电催化剂NiCoP。
CN201810525236.5A 2018-05-28 2018-05-28 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法 Active CN108654658B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810525236.5A CN108654658B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810525236.5A CN108654658B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108654658A CN108654658A (zh) 2018-10-16
CN108654658B true CN108654658B (zh) 2021-09-10

Family

ID=63776489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810525236.5A Active CN108654658B (zh) 2018-05-28 2018-05-28 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108654658B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110257859B (zh) * 2019-06-28 2021-02-02 青岛科技大学 一种Co2P/Ni2P/Al2O3/NF多级结构复合电极及其制备方法
CN110639566B (zh) * 2019-09-23 2020-08-04 中国石油大学(北京) 一种全解水催化剂及其制备方法与应用
CN110711596B (zh) * 2019-10-24 2020-11-10 江西理工大学 一种高效全解水电催化剂IPBAP/Ni2P@MoOx/NF及其制备方法
CN112206793B (zh) * 2020-09-28 2023-05-19 沈阳理工大学 一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法
CN113201752B (zh) * 2021-03-30 2023-01-24 北京化工大学 一种异质结丰富的CoNiP-P纳米催化剂的制备方法及其应用
CN113249739B (zh) * 2021-06-04 2022-07-15 中国科学技术大学 金属磷化物负载的单原子催化剂及其制备方法和作为析氢反应电催化剂的应用
CN113684497A (zh) * 2021-08-19 2021-11-23 武汉工程大学 一种泡沫铜负载镍钼磷基复合材料及其制备方法与应用
CN115466979B (zh) * 2022-09-09 2024-04-12 上海科技大学 一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法
CN115928102B (zh) * 2022-12-26 2023-11-21 南京理工大学 铁掺杂磷化镍钴与三氧化钼复合的电解水双功能催化剂及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105951123A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 湖北大学 一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105951123A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 湖北大学 一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NickeleCobalt phosphide nanowires supported on Ni foam as a highly efficient catalyst for electrochemical hydrogen evolution reaction;Tao Liu等;《i n t e rna t i onal journal of hydrogen energy》;20170508;第42卷;第1 4 1 2 4-1 4 1 3 2页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108654658A (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108654658B (zh) 一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法
CN108716008B (zh) 三维镍铁层状双氢氧化物阵列及其室温制备方法与应用
Cao et al. Hierarchical NiMo alloy microtubes on nickel foam as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction
CN113430553B (zh) 基于过渡金属异质层状结构双功能催化电极及制备方法
CN107081163B (zh) 一种三维结构的NiWP电催化剂材料制备及应用
CN110280249B (zh) 一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用
CN103924260A (zh) 一种三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极及其制备方法
CN109277110B (zh) 一种不规则球状的V掺杂的Ni3S2/NF析氧电催化剂及其制备方法
CN112080759B (zh) 一种用于电催化氧化尿素的铋掺杂双金属硫化物电极的制备方法
CN113522308B (zh) 一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用
CN113789543B (zh) 一种三维分层纳米阵列结构铜基材料及其制备方法和应用
CN112121828A (zh) 电沉积法制备水滑石基三维核壳异质纳米阵列水氧化电催化剂
CN109112566B (zh) 用于电解水析氧反应的微量铁(iii)离子掺杂的二硫化三镍催化剂
CN113957455A (zh) 一种电解水析氧催化剂FeCoNi LDH/CuO/Cu及其制备方法
CN110565113B (zh) 一种用于碱性电催化析氢的复合电催化材料的制备方法
CN113637986B (zh) 双相硒化镍双功能电解水催化剂及其制备方法和应用
CN113005476A (zh) 一种氢氧化镍/镍电极的制备方法及其应用
CN110408947B (zh) 一种复合氧化银的镍钴氧化物电极材料及其制备方法与应用
CN114289043A (zh) 一种自支撑多孔纳米板钴镍磷化物催化剂制备方法及应用
Wang et al. Development of copper foam-based composite catalysts for electrolysis of water and beyond
CN113430558B (zh) 一种异质结构的双功能自支撑电极及其制备方法和应用
CN112501645B (zh) 一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用
CN114808014A (zh) 一种新型多层金属氢氧化物电催化剂、制备方法及其应用
CN110227467B (zh) 一种三层同轴产氧电催化剂及其制备方法
CN113529133B (zh) 一种自支撑型双功能催化电极的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant