CN112237932B - 一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用。该二维纳米片是以来源丰富可再生的海藻酸钠为前驱体，利用络合，冷冻干燥，低温氧化及蒸汽磷化等工艺获得。所得的RuP3修饰的二维CoP纳米片材料在较宽pH范围内具有优异的电催化析氢性能，在1M KOH溶液中，电化学活性和商业Pt/相近。此外，在0.5M H2SO4和1M PBS两种溶液中，超过目前绝大多数所报道的CoP基催化剂，具有优异的电催化性能和稳定性，是贵金属电催化剂Pt的廉价替代品。此外本发明制备过程简单，材料来源丰富，不需要昂贵设备，且所得产品质量高性能好，在将来大规模电催化产氢的应用中具有光明的前景。

Description

一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属燃料电池领域，具体涉及一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用
背景技术
氢能作为一种清洁、高重量能量密度、环境友好的可再生能源，被认为是替代化石燃料能源的最佳候选者。在众多的制氢方法中，电解水技术是绿色的、可持续的，因此该技术目前被广泛研究。水的电解过程由两个半反应构成，即析氢反应和产氧反应。目前，贵金属(如Pt，Ir)及其合金是目前最有效的电催化剂，但是由于其高成本和稀缺性，限制了应用。过渡金属磷化物是一种高效、耐用的催化剂。其中磷化钴由于其高活性和低成本的特点被认为是最有发展前途的催化剂之一，成为目前非贵金属电催化剂的研究热点。但在过电位方面，磷化钴的电催化析氢活性仍然低于铂基催化剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明利用界面工程提高电催化剂的产氢效率，制备了RuP3修饰的二维CoP纳米片用于高效电催化析氢催化剂。
此外本发明制备过程简单，材料来源丰富，不需要昂贵设备，且所得产品质量高性能好，在将来大规模电催化产氢的应用中具有光明的前景。
一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂及其制备方法和应用，具体包括以下步骤：
1)将质量分数为1％的海藻酸钠水溶液滴入含有RuCl3(0.01M)和(Co(CH3COO)2(0.05M)混合水溶液中，并在低速搅拌下放置两个小时，形成海藻酸-Ru/Co水凝胶。
2)将获得的海藻酸-Ru/Co水凝胶立即用液氮冷冻，然后在-40℃下通过冷冻干燥过程脱水48小时，得到海藻酸-Ru/Co气凝胶；
3)将海藻酸-Ru/Co气凝胶在管式炉中，在空气气氛下300℃退火2h，随后在氩气气氛下350℃蒸汽磷化2h，即可得到RuP3修饰的二维CoP纳米片；
4)用3M盐酸水溶液浸泡2h，把RuP3修饰的二维CoP纳米片中的多余的氧化物去除，并用二次水洗净，得到纯净的RuP3修饰的二维CoP纳米片；
5)用电化学工作站测试上述产物在1M KOH溶液、0.5M H2SO4溶液和1M磷酸盐缓冲溶液下的电化学析氢性能。
本发明具有以下优点：
海藻酸钠是一种从褐藻类提取出来的天然高分子材料，来源广泛、经济实惠、环保绿色、安全性高。
本发明方法制备的RuP3修饰的二维CoP纳米片材料，可用作性能优异的电催化剂，具有较高的电催化析氢性能和良好的循环稳定性。
附图说明
图1是通过冷冻干燥得到的RuP3修饰的二维CoP纳米片材料的SEM图，明显可见具有典型的二维纳米片形貌；
图2是RuP3修饰的二维CoP纳米片材料的TEM图，具有明显的片状结构。
图3是RuP3修饰的二维CoP纳米片材料的AFM图，明显可见RuP3修饰的二维CoP纳米片材料的厚度大约为3nm。
图4是RuP3修饰的二维CoP纳米片材料在碱性条件下的电催化析氢的性能表征。
图5是RuP3修饰的二维CoP纳米片材料在酸性条件下的电催化析氢的性能表征。
图6是RuP3修饰的二维CoP纳米片材料在中性条件下的电催化析氢的性能表征。

Claims (1)

1.一种RuP3修饰的二维CoP纳米片析氢电催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将质量分数为1％的海藻酸钠水溶液滴入含有0.01M RuCl3和0.05M Co(CH3COO)2混合水溶液中，并在低速搅拌下放置两个小时，形成海藻酸-Ru/Co水凝胶；
2)将获得的海藻酸-Ru/Co水凝胶立即用液氮冷冻，然后在-40℃下通过冷冻干燥过程脱水48小时，得到海藻酸-Ru/Co气凝胶；
3)将海藻酸-Ru/Co气凝胶在管式炉中，在空气气氛下300℃退火2h，随后在氩气气氛下350℃蒸汽磷化2h，即可得到RuP3修饰的二维CoP纳米片；
4)用3M盐酸水溶液浸泡2h，把RuP3修饰的二维CoP纳米片中的多余的氧化物去除，并用二次水洗净，得到纯净的RuP3修饰的二维CoP纳米片；
5)用电化学工作站测试上述产物在1M KOH溶液、0.5M H2SO4溶液和1M磷酸盐缓冲溶液下的电化学析氢性能。
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