CN113428847B - 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用 - Google Patents

镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113428847B
CN113428847B CN202110655721.6A CN202110655721A CN113428847B CN 113428847 B CN113428847 B CN 113428847B CN 202110655721 A CN202110655721 A CN 202110655721A CN 113428847 B CN113428847 B CN 113428847B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
molybdenum
metal phosphide
ternary metal
drying
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
CN202110655721.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113428847A (zh
Inventor
杨超
周尉
成旦红
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.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and 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 University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202110655721.6A priority Critical patent/CN113428847B/zh
Publication of CN113428847A publication Critical patent/CN113428847A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113428847B publication Critical patent/CN113428847B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/08Other phosphides
    • C01B25/088Other phosphides containing plural metal
    • 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
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/054Electrodes comprising electrocatalysts supported on a carrier
    • 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
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/055Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/057Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
    • C25B11/061Metal or alloy
    • 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
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • 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

Abstract

本发明公开了一种镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用,应用于电解水制氢技术领域。采用金属Ni为基础,选择有良好析氢性能的Cu元素和Mo元素来制备三元复合金属材料,再通过磷化进一步提高其催化性能。使用泡沫镍作为基底,通过水热法让催化剂原位生长在泡沫镍基底上,让催化剂具有优异的导电性。制备的催化剂具有优异的析氢催化活性和稳定性。本发明所用原料储量丰富,价格低廉。同时,该发明使用的合成方法操作简单,易于控制,可以实现规模化生产。

Description

镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种新型镍钼铜三元金属磷化物材料的制备方法,应用于电解水制氢技术领域。
背景技术
随着人类社会的发展,能源问题越来越受到人们的重视。其中化石燃料比如石油,煤等随着人们的开采进而日益枯竭。能源消耗的迅速增长正在推动人们发展可持续的替代能源。目前所用到的能源可以分为三大类。第一种为化石能源,包括石油,煤炭,天然气。第二种是核能,通过***重原子核或融合轻原子核来释放能量。第三种是可再生能源,包括风能,太阳能,水利发电,氢能等。其中氢能具有高能量密度和环境友好的特性,是实现可持续能源经济的理想能源。
电解水是从水中获得氢的最重要的方法。采用该工艺制得的氢气,经干燥除氧后,纯度可达99.999%。一方面,可以由间歇性的可再生能源和清洁能源(如风能、太阳能、潮汐能、地热能)通过析氢反应(HER)转换为稳定的氢能源,然后可以通过燃料电池的形式被利用。另一方面,HER是一种对环境友好、可持续的制氢方法,避免了化石燃料的使用对环境造成的污染。然而,析氢反应的过电位高,动力学缓慢。经济的水分解需要高效和低成本的电催化剂,促进析氢反应(HER)的发生。到目前为止,铂基材料是最有效的,但由于成本高、储量少,无法普及利用。开发低成本高效的电催化剂已成为当务之急。有效的电催化剂必须具有几个关键特性,例如良好的电催化活性,高稳定性和低成本。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用,本发明能制备一种P-/NiMo/NiCuNF复合电极材料,所用原料储量丰富,价格低廉。同时,该发明使用的合成方法操作简单,易于控制,可以实现规模化生产。
为达到上述目的,本发明创造采用如下发明构思:
采用金属Ni为基础,选择有良好析氢性能的Cu元素和Mo元素来制备三元复合金属材料,再通过磷化进一步提高其催化性能。利用本发明方法合成的催化剂,可以有效降低析氢反应过程的过电位,能够很好的适用于电解水制氢中,降低电解水制氢过程中的能量损耗。
根据上述发明构思,本发明采用如下技术方案:
一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将泡沫镍放入丙酮中超声清洗至少10分钟,然后用浓度不低于3M的盐酸超声洗涤至少10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入不低于60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,Ni(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O溶解在至少30mL去离子水中,Ni和Cu摩尔比为(0.67-1.33):(1.33-0.67);得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入反应釜中,在干燥箱中进行干燥;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗至少三次,将得到的洁净材料在不低于60℃的真空烘箱中干燥至少12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在至少30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗至少三次;然后将产物在不低于60℃的真空烘箱中干燥至少12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度不低于5℃/min,在Ar氛围中将材料在不低于350℃进行加热;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
优选地,在所述步骤(1)中,丙酮用量不低于20mL,所用盐酸的浓度不低于3mol/L,用量至少为20mL。
优选地,在所述步骤(2)中,Ni和Cu总金属离子浓度不低于2mmol。
优选地,在所述步骤(2)中,Ni和Cu摩尔比为分别为0.67:1.33、1:1或1.33:0.67。
优选地,在所述步骤(2)中,烘箱温度不低于120℃,加热时间至少为6小时。
优选地,在所述步骤(3)中,烘箱温度不低于150℃,加热时间至少为7时。
优选地,在所述步骤(4)中,NaH2PO2粉末使用量至少为1g,管式炉加热时间为1~3小时。
一种镍钼铜三元金属磷化物,采用本发明镍钼铜三元金属磷化物的制备方法制备而成。
一种镍钼铜三元金属磷化物的应用,将本发明镍钼铜三元金属磷化物的制备方法制备而成的镍钼铜三元金属磷化物,用于在电解水制氢。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明方法制备的催化剂具有较低的析氢过电位,在10mA/cm2的电流密度下,仅具有119mV的过电位;本发明方法制备的催化剂具有优异的稳定性,在2000圈循环伏安扫描后,电极材料的催化剂保持不变;
2.本发明方法制备的催化剂直接原位生长在泡沫镍基底上,使材料具有优异的导电性;方法所用原料便宜,储量高,操作简单,能够规模化生产;
3.本发明方法简单易行,成本低,适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例一的扫描电镜图。
图2为本发明实施例一的X射线衍射图谱。
图3为本发明实施例一、实施例二、实施例三的极化曲线图。
图4为本发明实施例一、实施例四、实施例五的极化曲线图。
图5为本发明实施例二、实施例六、实施例七的极化曲线图。
图6为本发明实施例三、实施例八、实施例九的极化曲线图。
图7为本发明实施例一的稳定性测试图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1mmol Ni(NO3)2·6H2O和1mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为2小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,0.67mmol Ni(NO3)2·6H2O和1.33mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为2小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例三
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1.33mmol Ni(NO3)2·6H2O和0.67mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为2小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例四
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1mmol Ni(NO3)2·6H2O和1mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为1小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例五
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1mmol Ni(NO3)2·6H2O和1mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为3小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例六
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,0.67mmol Ni(NO3)2·6H2O和1.33mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为1小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例七
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,0.67mmol Ni(NO3)2·6H2O和1.33mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为3小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例八
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1.33mmol Ni(NO3)2·6H2O和0.67mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为1小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实施例九
本实施例与上述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将尺寸为20mm×30mm的泡沫镍放入20mL丙酮中超声清洗10分钟,然后用20mL浓度为3M的盐酸超声洗涤10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmol尿素,6mmol NH4F,1.33mmol Ni(NO3)2·6H2O和0.67mmol Cu(NO3)2·3H2O溶解在30mL去离子水中;得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入50mL反应釜中,在干燥箱中进行干燥,在120℃下保持6小时;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗三次,将得到的洁净材料在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(3)将8mmol尿素,4mmol的NH4F,2mmol的Ni(NO3)2·5H2O,2mmol的NaMoO4溶解在30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥,在150℃下保持7小时;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗三次;然后将产物在60℃的真空烘箱中干燥12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有1g NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度为5℃/min,在Ar氛围中将材料在350℃进行加热,加热时间分别为3小时;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
实验表征与性能测试:
(1)对实施例一的表面形貌进行扫面电镜表征,结果如图1所示。从图中可以看出材料表面生在出许多的球形颗粒,具有较大的表面积。
(2)为了更加清楚的研究催化剂的物相组成,对实施例一进行XRD分析,如图2所示,可以清楚地观察到在44.507,51.846°和76.370°处有三个强峰,比较发现这三个峰与镍(PDF#04-0850)的(111)晶面,(200)晶面,(220)晶面相匹配,可以归因于基底泡沫镍的衍射峰。在14.686°,36.843°,45.091°,46.158°,47.29°和54.879°的衍射峰分别对应于Cu3P(PDF#71-2261)的(100)晶面,(112)晶面,(300)晶面,(113)晶面,(212)晶面和(310)晶面。在36.005°和47.219°处的峰对应于MoP(PDF#76-2363)的(002)晶面和(112)晶面。而在31.771°,40.714°,47.362°,54.998°和88.824°对应于NiP(PDF#74-1385)的(101)晶面,(111)晶面,(210)晶面,(211)晶面和(321)晶面。从峰强度看出,除了NF基底的峰之外,NiP的(111)晶面的衍射峰强度最高,表明催化剂以NiP(111)晶面为主。
(3)对实施例一、实施例二、实施例三制备的电极材料进行析氢催化性能测试,结果如图3所示。当电位密度为10mA/cm2时,过电位分别为119mV、121mV和167mV。实施例一的催化性能最好。
(4)对实施例一、实施例四、实施例五制备的电极材料进行析氢催化性能测试,结果如图4所示。当电位密度为10mA/cm2时,过电位分别为119mV、159mV和122mV。实施例一的催化性能最好。
(5)实施例二、实施例六、实施例七制备的电极材料进行析氢催化性能测试,结果如图5所示。当电位密度为10mA/cm2时,过电位分别为121mV、125mV和165mV。
(6)实施例三、实施例八、实施例九制备的电极材料进行析氢催化性能测试,结果如图6所示。当电位密度为10mA/cm2时,过电位分别为167mV、239mV和211mV。
(7)对实施例一进行性能稳定测试,如图7所示。先对材料进行2000圈循环伏安扫描,再进行析氢性能测试,观察材料的性能变化。从图7可以看出,在2000圈循环伏安扫描之后,实施例一的催化剂性能没有变化,表现出优异的稳定。
综合以上结果表明本发明所制备的材料在电催化析氢反应表现出优秀的性能。通过改变镍铜元素比例和磷化时间来调控材料的催化性能,结果表明,实施例一表现出来的催化性能最好。本发明上述实施例镍钼铜三元金属磷化物材料应用于电解水制氢技术领域。采用金属Ni为基础,选择有良好析氢性能的Cu元素和Mo元素来制备三元复合金属材料,再通过磷化进一步提高其催化性能。使用泡沫镍作为基底,通过水热法让催化剂原位生长在泡沫镍基底上,让催化剂具有优异的导电性。制备的催化剂具有优异的析氢催化活性和稳定性。上述实施例所用原料储量丰富,价格低廉。同时,该发明使用的合成方法操作简单,易于控制,可以实现规模化生产。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将泡沫镍放入丙酮中超声清洗至少10分钟,然后用浓度不低于3moL/L的盐酸超声洗涤至少10分钟;然后依次使用超纯水和无水乙醇清洁表面,将清洁的泡沫镍放入不低于60℃的烘箱中直至干燥;
(2)将8mmoL尿素,6mmoLNH4F,Ni(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O溶解在至少30mL去离子水中,Ni和Cu摩尔比为(0.67-1.33):(1.33-0.67);得到混合溶液;将混合溶液和在所述步骤(1)中得到的泡沫镍移入放入反应釜中,在干燥箱中进行干燥;然后将干燥后的材料分别用去离子水和乙醇清洗至少三次,将得到的洁净材料在不低于60℃的真空烘箱中干燥至少12小时;
(3)将8mmoL尿素,4mmoL的NH4F,2mmoL的 Ni(NO3)2·5H2O,2mmoL的NaMoO4溶解在至少30mL去离子水中;将混合溶液和在所述步骤(2)中制备的洁净材料移入聚四氟乙烯不锈钢高压釜中,将密封反应器在干燥箱中进行干燥;将所制备的产物分别用去离子水和乙醇清洗至少三次;然后将产物在不低于60℃的真空烘箱中干燥至少12小时;
(4)将在所述步骤(3)中制备的材料置于管式炉的中心,将装有NaH2PO2粉末的陶瓷舟皿置于在所述步骤(3)中制备的材料的上游侧;加热升温速度不低于5℃/min,在Ar氛围中将材料在不低于350℃进行加热;然后在Ar的保护气体下冷却至室温后收集产物,并用去离子水清洗产物。
2. 根据权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,其特征在于:在所述步骤(1)中,丙酮用量不低于20mL,所用盐酸用量至少为20 mL。
3. 根据权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,其特征在于:在所述步骤(2)中,Ni和Cu总金属离子浓度不低于2 mmoL。
4.根据权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,其特征在于:在所述步骤(2)中,Ni和Cu摩尔比为0.67:1.33、1:1或1.33:0.67。
5.根据权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法,其特征在于:在所述步骤(4)中,NaH2PO2粉末使用量至少为1g,管式炉加热时间为1~3小时。
6.一种镍钼铜三元金属磷化物,其特征在于:采用权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法制备而成。
7.一种镍钼铜三元金属磷化物的应用,其特征在于:将权利要求1所述镍钼铜三元金属磷化物的制备方法制备而成的镍钼铜三元金属磷化物,用于在电解水制氢。
CN202110655721.6A 2021-06-11 2021-06-11 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用 Active CN113428847B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110655721.6A CN113428847B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110655721.6A CN113428847B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113428847A CN113428847A (zh) 2021-09-24
CN113428847B true CN113428847B (zh) 2024-03-19

Family

ID=77755812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110655721.6A Active CN113428847B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113428847B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114182291B (zh) * 2021-12-23 2022-12-09 台州学院 一种Fe掺Ni3S2Ni2PNi12P5复合物的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108568304A (zh) * 2017-10-12 2018-09-25 湖南大学 一种电催化脱卤催化剂
US20180327918A1 (en) * 2015-11-20 2018-11-15 INL - International lberian Nanotechnology Laboratory Electrode material
CN109055976A (zh) * 2018-08-03 2018-12-21 北京化工大学 一种多级结构过渡金属氮化物电极材料及其制备方法
CN109811360A (zh) * 2019-03-12 2019-05-28 华中农业大学 一种NiFeMo三元电解水电极及其制备方法
CN110227531A (zh) * 2019-05-23 2019-09-13 太原理工大学 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法
CN110711596A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 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
CN112877727A (zh) * 2021-01-17 2021-06-01 大连理工大学 一种高效海水全电解制氢磷化物催化剂的制备方法及其应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180327918A1 (en) * 2015-11-20 2018-11-15 INL - International lberian Nanotechnology Laboratory Electrode material
CN108568304A (zh) * 2017-10-12 2018-09-25 湖南大学 一种电催化脱卤催化剂
CN109055976A (zh) * 2018-08-03 2018-12-21 北京化工大学 一种多级结构过渡金属氮化物电极材料及其制备方法
CN109811360A (zh) * 2019-03-12 2019-05-28 华中农业大学 一种NiFeMo三元电解水电极及其制备方法
CN110227531A (zh) * 2019-05-23 2019-09-13 太原理工大学 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法
CN110711596A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 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
CN112877727A (zh) * 2021-01-17 2021-06-01 大连理工大学 一种高效海水全电解制氢磷化物催化剂的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Crystalline Copper Phosphide Nanosheets as an Efficient Janus Catalyst for Overall Water Splitting;Ali Han et al.;《ACS APPLIED MATERLALS&INTERFACES》;第9卷;摘要、实验部分 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113428847A (zh) 2021-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109569683B (zh) 一种氮磷共掺杂的多孔碳片/过渡金属磷化物复合材料的制备方法及应用
CN110743603B (zh) 一种钴铁双金属氮化物复合电催化剂及其制备方法与应用
CN112156798B (zh) 一种NiCoP/NiCo-LDH@NF复合材料、制备方法及应用
JP7434372B2 (ja) ニッケル鉄触媒材料の製作方法、酸素発生反応への使用、水電解による水素および/または酸素の製造方法、および液体太陽燃料の製作方法
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
CN113652707B (zh) 一种碲化镍析氢催化剂及其制备方法与应用
CN113019398B (zh) 一种高活性自支撑oer电催化剂材料及其制备方法与应用
CN113428847B (zh) 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用
CN112058282A (zh) 一种基于钼、钨基层状材料pH广适催化剂的制备方法及其应用于电解水析氢反应
CN111974398B (zh) 热致全重构的纳米线阵列及其制备方法和应用
CN114082419B (zh) 机械搅拌法制备非晶态羟基氧化物催化剂及其高效电解水制氢研究
CN106745525B (zh) 金属复合材料、其制备方法及应用
CN112090426A (zh) 一种金属亚稳相电解水析氧催化剂及其制备方法和应用
CN116657185A (zh) 木质炭衍生的自支撑一体化电极材料及其制备方法和应用
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
CN116377497A (zh) 自支撑铁锰共掺杂的镍钴硒化物纳米棒阵列催化剂的制备方法和应用
CN109402660A (zh) 原位合成过渡金属氧化物/镍基硫化物复合材料的制备方法
CN114892206A (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
CN114540833A (zh) 一种CeO2@Co3S4异质多层次纳米结构催化材料及其制备方法与应用
CN113652698A (zh) 一种具有交叉纳米片结构的钨掺杂磷化镍双功能催化材料
CN111420682A (zh) 一种具有光电集成解水制氢活性的纳米异质催化剂
CN114808012B (zh) 一种磷化物/二元金属氮化物纳米多孔异质结电催化剂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
CN115786964B (zh) 钴基尖晶石Cu0.7Co2.3O4电催化剂及其制备方法与应用
CN114717585B (zh) 一种双-过渡金属电极材料及其制备方法和在光伏电解水制氢中的应用

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