一种氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法与流程

本发明属于催化剂，涉及一种镍基催化剂，具体是一种氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法。

背景技术：

1、氢能作为一种可再生能源，具有资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样等优点，有望取代传统化石能源；因此氢能的大规模利用受到了重点关注，已逐渐成为能源转型的战略选择。与化石燃料的裂解制氢相比，电解水制氢技术具有操作简单、环保高效等优点。电解水制氢过程包括两个半反应，即在阴极发生的析氢反应(her)和在阳极发生的析氧反应(oer)，其理论电压为1.23v；由于该过程通常受到极化作用等因素的影响，因此还需要一定的过电位才能将水分解为氢气和氧气。为降低水分解所需电压和提高能量转换效率，贵金属(pt、pb等)与贵金属氧化物(ruo2、iro2等)常被用作高效her和oer的电催化剂。但是，贵金属及其氧化物的稀缺性、高成本阻碍了电解水制氢的大规模工业化发展。

2、镍基催化剂具有高导电性和低价格等优势，在电解水制氢中具有良好的应用前景；但其在大电流条件下的过电位较大、电耗高，阻碍了镍基催化剂的实际工业应用。申请号为202310625609.7的中国发明专利公开了一种镍基催化剂及其制备方法和应用；该制备方法包括：提供初始金属掺杂催化剂；对初始金属掺杂催化剂进行脱合金处理。该申请主要是通过对初始金属掺杂催化剂进行脱合金处理，能够使初始金属掺杂催化剂发生原位脱合金过程，并通过金属掺杂元素的溶出来调控催化剂的结构缺陷，增加了催化剂在电催化反应过程中的活性位点，改善了目前镍基催化剂的本征活性不高的问题；但是脱合金处理的工艺成本高，难以满足大规模生产应用的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法。

2、为了实现上述技术目的，本发明氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，包括以下步骤：

3、(a)将镍基底与氮源、磷源置于低温、密闭的条件下，抽真空处理、随后升温至第一温度，保温后自然冷却；

4、所述第一温度为200～600℃，所述升温速率为1～5℃/min；

5、所述氮源为选自尿素、氨水、氯化铵和硝酸中的一种，

6、所述磷源为选自磷化钙、磷化钠、三氯化磷和五氧化二磷中的一种；

7、所述氮源和所述磷源的体积比、质量比或摩尔比为1～3：1；

8、(b)将步骤(a)的产品取出后，用清水清洗干净，并烘干即可。

9、优化地，步骤(a)中，所述镍基底为镍基自支撑电极，其为选自编织的镍网、镍毡和泡沫镍中的一种。

10、优化地，步骤(a)中，所述氮源和所述磷源的体积比为1～3：1。

11、进一步地，步骤(a)中，所述氮源为选氨水。

12、更进一步地，步骤(a)中，所述磷源为三氯化磷。

13、优化地，步骤(a)中，所述保温时间为50～180min。

14、优化地，步骤(a)中，所述镍基底在使用前需要用水、乙醇分别进行超声清洗。

15、优化地，步骤(a)中，所述升温速率为2～3℃/min。

16、本发明氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，通过将镍基底与氮源、磷源在密闭、真空的条件进行处理，使得镍基底上能够实现氮磷元素的掺杂，表面被刻蚀从而具有异质结结构的多孔表面，一方面暴露出更多的活性位点，另一方面由于异质界面以及多组分的存在可以显著提高电子传输效率，在电解水反应中具有良好的催化活性，大大提升了镍基催化剂的析氢性能；该方法的工艺简单，有望规模化生产。

技术特征：

1.一种氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述镍基底为镍基自支撑电极，其为选自编织的镍网、镍毡和泡沫镍中的一种。

3.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述氮源和所述磷源的体积比为1：1、2：1或3：1。

4.根据权利要求1或3所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述氮源为选氨水。

5.根据权利要求4所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述磷源为三氯化磷。

6.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述保温时间为50～180min。

7.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述镍基底在使用前需要用水、乙醇分别进行超声清洗。

8.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述升温速率为2～3℃/min。

技术总结
本发明首次提出了一种氮磷共掺杂制备镍基催化剂的方法，包括以下步骤：(a)将镍基底与氮源、磷源置于低温、密闭的条件下，抽真空处理、随后升温至第一温度，保温后自然冷却；所述第一温度为200～500℃，所述升温速率为1～5℃/min；所述氮源为选自尿素、氨水、氯化铵和硝酸中的一种，所述磷源为选自磷化钙、磷化钠、三氯化磷和五氧化二磷中的一种；(b)将步骤(a)的产品取出后，用清水清洗干净，并烘干即可。大大提升了镍基催化剂的析氢性能；该方法的工艺简单，有望规模化生产。

技术研发人员：张维涛,黄骞,张宇,王博
受保护的技术使用者：保时来新材料科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19