CN112746285A - 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112746285A CN112746285A CN202110053970.8A CN202110053970A CN112746285A CN 112746285 A CN112746285 A CN 112746285A CN 202110053970 A CN202110053970 A CN 202110053970A CN 112746285 A CN112746285 A CN 112746285A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- vanadyl pyrophosphate
- source
- nickel phosphide
- temperature
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 125000005287 vanadyl group Chemical group 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 98
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical group [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021551 Vanadium(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- HQYCOEXWFMFWLR-UHFFFAOYSA-K vanadium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[V+3] HQYCOEXWFMFWLR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 33
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N nickel phosphide Chemical compound [Ni]=P#[Ni] FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-N diphosphoric acid Chemical compound OP(O)(=O)OP(O)(O)=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021550 Vanadium Chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- QVYIMIJFGKEJDW-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) selenide Chemical compound [Se]=[Co] QVYIMIJFGKEJDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N nickel vanadium Chemical compound [V].[Ni] HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- RPESBQCJGHJMTK-UHFFFAOYSA-I pentachlorovanadium Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[V+5] RPESBQCJGHJMTK-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 1
- 229940048084 pyrophosphate Drugs 0.000 description 1
- 229940005657 pyrophosphoric acid Drugs 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种焦磷酸氧钒‑磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用,涉及纳米复合催化剂领域。本发明通过步骤1.将镍基底依次浸入盐酸、蒸馏水、无水乙醇中分别进行超声处理；步骤2.将钒源、镍源及尿素溶解在蒸馏水中，搅拌，转移至水热釜中，加入镍基底，冲洗，干燥；步骤3.将步骤2得到的双金属氢氧化物前驱体与次磷酸钠在保护气氛下于400‑600℃保温，得到焦磷酸氧钒‑磷化镍纳米复合催化剂。本发明利用高温磷化法制备出的焦磷酸氧钒‑磷化镍纳米复合催化剂，尺寸均一，比表面积较大，电化学活性高，在电催化析氢中能够有效地提高析氢反应的效率。
Description
技术领域
本发明涉及纳米复合催化剂领域，特别是涉及一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用
背景技术
随着人们对能源需求的不断增加以及环境污染问题的日益严重，探索新型能源取代化石燃料已经成为全人类的重大课题。而氢气作为最有前景的清洁能源，逐渐进入了人类的视野。目前，制氢方法主要以工业制氢为主，以石油、煤炭、天然气为原料，在高温下与水蒸汽反应产生氢气。但是这种方法需要燃烧化石燃料，会释放大量二氧化碳，造成温室效应等一系列环境问题。相对化石燃料制氢造成的污染，可再生能源制氢几乎没有污染，而且制备的氢气相当清洁。考虑到水是地球上最丰富的可再生“氢源”，水裂解是一个公认的理想制氢方法(H2O→H2+O2)。而电解水制氢，因其制备出的氢气纯度高，且生产过程无污染、操作简便、可循环利用，被认为是一种具有广阔应用前景的方法。一个完整的水裂解反应包括产氢(水还原)和产氧(水氧化)两个半反应，其能量利用效率由这两个半反应共同决定。采用合适的水裂解催化剂降低反应能垒，可以有效提高能量利用率。因此，催化剂的稳定性、成本和效率是电催化技术实现工业应用的主要瓶颈。在众多析氢催化剂中铂基催化剂本征活性最高，但其高昂的成本及稀缺的储量限制了其大规模开发应用。因此高活性且储量丰富的过渡金属基催化剂成为当前的研究热点。
目前的电催化析氢催化剂主要有两种：一种是传统的粉末催化剂，该催化剂呈粉末状态，需使用粘结剂将催化材料固定到工作电极上，影响了催化剂与电解液的充分接触。还有一类是自支撑催化剂，这类催化剂的活性组分直接原位生长在导电基底表面，这样可以避免粘结剂的使用。粉末催化剂主要有硫化钼、硒化钴等，自支撑基底主要有碳布、泡沫镍等。
自支撑催化剂中，过渡金属磷化物及磷酸化合物由于其独特的电子结构、高导电性及催化活性被认为是铂基催化剂最有可能的替代者之一。在众多磷化物中磷酸化合物-磷化物复合催化剂催化性能高，但其制备工艺复杂，制备条件较为苛刻。
发明内容
本发明的目的是提供一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，制得的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂纳米球，尺寸均匀，有较大的比表面积，有利于活性位点的充分暴露，材料催化活性高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明目的之一在于提供一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、镍基底处理：将镍基底依次浸入盐酸、蒸馏水、无水乙醇中分别进行超声处理；
步骤2、双金属氢氧化物前驱体的制备：将钒源、镍源及尿素溶解在35ml蒸馏水中，快速搅拌30min，充分溶解成蓝绿色溶液后转移至水热釜中，将步骤1得到的超声处理后的镍基底加入到水热釜中进行水热反应，水热反应结束后冷却至室温，取出表面负载双金属氢氧化物的镍基底，用蒸馏水、无水乙醇冲洗数次，干燥，得到双金属氢氧化物前驱体；
步骤3、氢氧化物的高温磷化：将步骤2得到的双金属氢氧化物前驱体与次磷酸钠在保护气氛下于400-600℃保温，得到焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂。
进一步地，所述盐酸的浓度为3M。
进一步地，所述钒源为偏钒酸铵或三氯化钒中的一种；所述镍源为硝酸镍。
进一步地，步骤2中钒源与镍源的摩尔比为(5～9)：(5～1)；钒源、镍源用量之和与所述尿素用量的摩尔比为1：(3～5)。
进一步地，所述步骤2中水热处理的温度为100～160℃，时间为6～14h。
进一步地，所述步骤2中干燥的温度为60℃，时间为12h。
进一步地，步骤3中保温前还包括以5～10℃/min的速率升温至400～600℃的步骤，所述保温的时间为2～5h。
进一步地，所述钒源、镍源的用量之和与所述镍基底的面积、次磷酸钠的用量之比为：1mmol：(2～8)cm2：(0.5～1.5)g；所述步骤3中保护气氛为氩气气氛。
本发明目的之二在于提供一种用上述制备方法制备得到的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂。
本发明目的之三在于提供一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂在电催化析氢中的应用。
本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的制备方法，首次利用高温磷化法制备出焦磷酸氧钒-磷化镍纳米球，且焦磷酸氧钒-磷化镍纳米球均匀的生长在镍基底表面；本发明所制备的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂，尺寸均一，比表面积较大，有利于活性位点的充分暴露，充分发挥其催化活性；本发明制备焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的原料，价格低廉易得，自然界中储量丰富，有利于材料的产业化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的双金属氢氧化物前驱体的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的扫描电镜图；
图3为焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂、磷化镍纳米催化剂、双金属氢氧化物催化剂、Pt/C催化剂的析氢反应活性结果图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
实施例1
步骤1、镍基底处理：将2*3cm2基底镍依次浸入3M盐酸、蒸馏水、无水乙醇中分别超声处理20min，用蒸馏水冲洗数次后放入真空干燥箱中，干燥处理12h备用。
步骤2、双金属氢氧化物前驱体的制备：将氯化钒、硝酸镍及尿素溶解在35ml蒸馏水中，其中钒源与镍源摩尔比为9：1，钒源与镍源的总量为1mmol，金属源(即钒源+镍源)与尿素摩尔比为1：4，快速搅拌30min充分溶解成蓝绿色溶液后转移至50ml水热釜中，将步骤1得到的超声处理后的镍基底加入到水热釜中，在120℃水热处理12h，冷却至室温，取出表面负载双金属氢氧化物的镍基底，用蒸馏水、无水乙醇冲洗数次，放入60℃烘箱中干燥12h，得到双金属氢氧化物前驱体。
步骤3、氢氧化物的高温磷化：将步骤2制备得到的双金属氢氧化物前驱体与1.5g次磷酸钠放入管式炉中在氩气气氛下，以5℃/min的速率升温至600℃，在600℃下保温2h，得到焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂纳米复合催化剂(VPO-Ni2P@NF)。
检测结果：双金属氢氧化物前驱体的扫描电镜图如图1所示；焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂纳米复合催化剂的扫描电镜图如图2所示。从图1可以看出，双金属氢氧化物呈片状垂直分布；通过磷化后，图2中焦磷酸氧钒-磷化镍呈球状分布，表面粗糙相互交联，材料合成成功。
实施例2
与实施例1不同之处在于，镍基底面积为2cm2。
实施例3
与实施例1不同之处在于，镍基底面积为8cm2。
实施例4
与实施例1不同之处在于，钒源与镍源摩尔比为7：3。
实施例5
与实施例1不同之处在于，钒源与镍源摩尔比为5：5。
实施例6
与实施例1不同之处在于，钒源+镍源与尿素的摩尔比为1：3。
实施例7
与实施例1不同之处在于，钒源+镍源与尿素的摩尔比为1：5。
实施例8
与实施例1不同之处在于，水热处理的温度为100℃。
实施例9
与实施例1不同之处在于，水热处理的温度为160℃。
实施例10
与实施例1不同之处在于，水热处理的时间为6h。
实施例11
与实施例1不同之处在于，水热处理的时间为14h。
实施例12
与实施例1不同之处在于，步骤3中升温速率为10℃/min。
实施例13
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温温度为500℃。
实施例14
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温温度为400℃。
实施例15
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温时间为5h。
实施例16
与实施例1不同之处在于，步骤3中次磷酸钠的加入量为0.5g。
实施例17
与实施例1不同之处在于，步骤3中次磷酸钠的加入量为1g。
实施例18
与实施例1不同之处在于，步骤3中升温速率为7℃/min。
实施例19
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温时间为3h。
对比例1
与实施例1不同之处在于，镍基底面积为10cm2。
对比例2
与实施例1不同之处在于，钒源与镍源摩尔比为3：7。
对比例3
与实施例1不同之处在于，钒源+镍源与尿素的摩尔比为1：2。
对比例4
与实施例1不同之处在于，钒源+镍源与尿素的摩尔比为1：6。
对比例5
与实施例1不同之处在于，水热处理的温度为180℃。
对比例6
与实施例1不同之处在于，水热处理的温度为80℃。
对比例7
与实施例1不同之处在于，水热处理的时间为18h。
对比例8
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温温度为300℃。
对比例9
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温温度为700℃。
对比例10
与实施例1不同之处在于，步骤3中升温速率为2℃/min。
对比例11
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温时间为6h。
对比例12
与实施例1不同之处在于，步骤3中保温时间为1h。
对比例13
与实施例1不同之处在于，步骤3中次磷酸钠的加入量为2g。
对比例14
与实施例1不同之处在于，步骤3中次磷酸钠的加入量为0.3g。
对比例15
与实施例1不同之处在于，省略了钒源的添加，得到磷化镍纳米催化剂(Ni2P@NF)。
对比例16
与实施例1不同之处在于，省略了次磷酸钠的添加，得到双金属氢氧化物催化剂(NiV-LDH@NF)。
对比例17
与实施例1不同之处在于，镍基底面积为1cm2。
对比例18
与实施例1不同之处在于，水热处理的时间为3h。
对比例19
与实施例1不同之处在于，步骤3中升温速率为15℃/min。
检测结果：焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂(实施例1)、磷化镍纳米催化剂(对比例15)、双金属氢氧化物催化剂(对比例16)与Pt@C催化剂的在碱性条件下的析氢反应活性结果如图3所示。
实施例1-19与对比例1-19所制备得到的催化剂以及Pt@C催化剂，在电流密度为10mA cm-2时的过电位如表1所示：
表1
由表1可知，本发明实施例1为同时加入钒源及镍源后在1.5g磷源条件下600℃磷化2h，形成的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂(VPO-Ni2P@NF)，在电流密度为10mA cm-2时过电位为155mV；Pt@C催化剂在电流密度为10mA cm-2时过电位为47mV；对比例15得到的磷化镍纳米催化剂(Ni2P@NF)，在电流密度为10mA cm-2时过电位为270mV；对比例16得到的双金属氢氧化物催化剂(NiV-LDH@NF)，在电流密度为10mA cm-2时过电位为245mV。
与对比例1、17相比，本发明实施例1-3的纳米复合催化剂有较大的比表面积，有利于活性位点的充分暴露，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明镍基底面积的优选范围为2～8cm2；与对比例2,15相比，本发明实施例1,4,5的纳米催化剂有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明所述钒源与镍源的摩尔比为(5～9)：(5～1)；与对比例3,4相比，本发明实施例1、6-7的纳米复合催化剂，具有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明所述金属源与尿素比例优选为1：(3～5)；与对比例5-6相比，本发明实施例1、8-9的纳米复合催化剂有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明所述水热温度优选为100～160℃；与对比例7、18相比，本发明实施例1、10-11的纳米复合催化剂有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明所述水热时长优选为6～14h；与对比例10、19相比，本发明实施例1、12、18的纳米复合催化剂，有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明所述升温速率优选为5～10℃/min；与对比例8-9相比，本发明实施例1、13-14的纳米复合催化剂有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明磷化温度温度优选为400～600℃；与对比例11、12相比，本发明实施例1、15、19的纳米复合催化剂有有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明磷化时长优选为2～5h；与对比例13、14、16相比，本发明实施例1、16、17的纳米复合催化剂有有较高的催化活性，能够极大的降低析氢反应的过电位，表明磷源用量优选为0.5～1.5g。
综上表明，本发明制备得到的焦磷酸钒-磷化镍纳米复合催化剂能够极大的降低析氢反应的过电位。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1、镍基底处理：将镍基底依次浸入盐酸、蒸馏水、无水乙醇中分别进行超声处理；
步骤2、双金属氢氧化物前驱体的制备：将钒源、镍源及尿素溶解在蒸馏水中，搅拌，充分溶解成蓝绿色溶液后，与步骤1得到的超声处理后的镍基底进行水热反应，水热反应结束后冷却至室温，取出表面负载双金属氢氧化物的镍基底，用蒸馏水、无水乙醇冲洗，干燥，得到双金属氢氧化物前驱体；
步骤3、氢氧化物的高温磷化：将步骤2得到的双金属氢氧化物前驱体与次磷酸钠在保护气氛下于400-600℃保温，得到焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为3M。
3.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述钒源为偏钒酸铵或三氯化钒中的一种；所述镍源为硝酸镍。
4.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中钒源与镍源的摩尔比为(5～9)：(5～1)；钒源、镍源用量之和与所述尿素用量的摩尔比为1：(3～5)。
5.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中水热处理的温度为100～160℃，时间为6～14h。
6.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中干燥的温度为60℃，时间为12h。
7.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中保温前还包括以5～10℃/min的速率升温至400～600℃的步骤，所述保温的时间为2～5h。
8.根据权利要求1所述的一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述钒源、镍源的用量之和与所述镍基底的面积、次磷酸钠的用量之比为：1mmol：(2～8)cm2：(0.5～1.5)g；所述步骤3中保护气氛为氩气气氛。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂。
10.一种如权利要求9所述的焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂在电催化析氢中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110053970.8A CN112746285B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110053970.8A CN112746285B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112746285A true CN112746285A (zh) | 2021-05-04 |
| CN112746285B CN112746285B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=75652085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110053970.8A Active CN112746285B (zh) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112746285B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027101A1 (de) * | 1996-12-17 | 1998-06-25 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Neue katalysatoren aus übergangsmetall-verbindungen und 4,5-diphosphinoacridin-liganden |
| CN109174162A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种铁掺杂双金属磷化物电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109908969A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-21 | 陕西科技大学 | 一种V掺杂的Ni2P电催化剂的制备方法 |
| WO2019241717A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | University Of Houston System | HIERARCHICAL METAL PHOSPHIDE-SANDWICHED Ni5P4-BASED MICROSHEET ARRAYS AS ROBUST PH-UNIVERSAL ELECTROCATALYSTS FOR EFFICIENT HYDROGEN GENERATION |
-
2021
- 2021-01-15 CN CN202110053970.8A patent/CN112746285B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027101A1 (de) * | 1996-12-17 | 1998-06-25 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Neue katalysatoren aus übergangsmetall-verbindungen und 4,5-diphosphinoacridin-liganden |
| WO2019241717A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | University Of Houston System | HIERARCHICAL METAL PHOSPHIDE-SANDWICHED Ni5P4-BASED MICROSHEET ARRAYS AS ROBUST PH-UNIVERSAL ELECTROCATALYSTS FOR EFFICIENT HYDROGEN GENERATION |
| CN109174162A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种铁掺杂双金属磷化物电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109908969A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-21 | 陕西科技大学 | 一种V掺杂的Ni2P电催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIE YIN ET.AL.: "Tuning Ni-Foam into NiOOH/FeOOH Heterostructures toward Superior Water Oxidation Catalyst via Three-Step Strategy", 《ACS OMEGA》, vol. 3, no. 9, pages 11009 - 11017 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112746285B (zh) | 2024-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110586148A (zh) | 一种自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂的制备方法 | |
| CN113856711B (zh) | 高效镍钴磷化物异质结催化剂的设计合成和电解水析氢研究 | |
| CN111659427B (zh) | 一种高效电解水析氢催化剂MoO2-CeF3/NF及其制备方法 | |
| CN113249739B (zh) | 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 | |
| CN110560117A (zh) | 一种双金属钴钌-氮磷掺杂多孔碳电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111229267B (zh) | 负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料及其制备方法和应用 | |
| CN113410478B (zh) | 一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用 | |
| CN113512738B (zh) | 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用 | |
| CN114892195A (zh) | 一种普鲁士蓝类似物衍生的海胆形氧析出催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112553643B (zh) | 一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂、制备方法及应用 | |
| CN110265670B (zh) | 一种主客体策略合成氮、其他杂原子双掺碳基双效催化剂的方法 | |
| CN115125547B (zh) | Mo/Nb双掺杂Co中空介孔碳纳米盒催化剂的制备及应用 | |
| CN114892206B (zh) | 一种多元金属氮化物异质结纳米棒阵列复合电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113428847B (zh) | 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用 | |
| CN113862726B (zh) | 一种钼硒双元素掺杂的多孔片层状磷化镍材料的制备方法及应用 | |
| CN112746285A (zh) | 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112295581B (zh) | 一种电催化剂材料及其应用 | |
| CN115125566B (zh) | 新型mof基析氧电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN115125578B (zh) | 一种b-s共掺的镍钴基电解水析氧催化剂的制备方法 | |
| CN113457696B (zh) | 磷和硫共修饰氧化亚钴的制备方法及在光催化分解水中的应用 | |
| CN115786964B (zh) | 钴基尖晶石Cu0.7Co2.3O4电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN116103690A (zh) | 一种自支撑高效双功能电催化剂的制备方法 | |
| CN115747869A (zh) | 一种MoS2负载N掺杂碳的多层级析氢电极材料及其制备方法 | |
| CN118028880A (zh) | 一种镍钴双金属磷化物催化剂及其在电催化碱性生物质水溶液制氢中的应用 | |
| CN115573000A (zh) | 一种高活性自支撑双功能电解水催化剂及其制备与应用 |
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 |