一种碳包覆富磷空位磷化钴的合成方法及其在电解海水中的应用

技术领域

本发明属于空位工程材料领域，尤其涉及一种碳包覆富磷空位磷化钴材料制备方法及其在大电流电解海水方面的应用。

背景技术

包含析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的电解水系统被认为是最有希望获得清洁氢气的技术。迄今为止，以淡水为电解质的水分解系统研究取得了重大进展。由于淡水面临资源短缺的风险，海水占地球水资源的97％，所以海水已成为淡水的首选替代品。然而，由于氯离子的存在，在大电流密度下会发生析氯反应(CLER)生成ClO

过渡金属磷化物(TMP)由于其易于调节的电子结构、优良的电子传导效应和突出的催化性能，被认为是一种优秀的双功能催化剂候选物。近年来，人们提出了越来越多的改善TMP性能的策略，P空位缺陷可以用作催化反应的活性中心，以进一步提高催化剂的内部性能。

发明内容

1、本发明的目的在于提供一种碳包覆富磷空位磷化钴Co

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的碳包覆富磷空位磷化钴电催化剂的制备方法，可以通过如下制备路线实现：

(1)泡沫镍基底的处理：将泡沫镍基底裁剪成适当大小，然后将其依次浸入稀盐酸(1.0M)、乙醇、去离子水中，超声处理后在真空干燥箱中过夜干燥。

(2)Co(OH)F阵列将六水合硝酸钴、尿素和氟化铵混合在去离子水中，并搅拌5分钟形成澄清溶液。然后，将洗净的泡沫镍浸入溶液中，在温度为100～150℃下反应5～15h；取出制备好的样品并用去离子水清洗，然后在300～400℃下的N

(3)Co(OH)F@ZIF-67的制备：将Co(OH)F放入溶解有1.4～1.9g2-甲基咪唑的溶液中反应5～24h，反应结束后用乙醇冲洗样品。

(4)Co

(5)Co

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中泡沫镍剪裁成2cm*3cm大小，真空干燥箱的温度设置为40～80℃，以去除泡沫镍表面的有机物以及氧化物。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中退火时的升温速率为2℃min

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中配置2-甲基咪唑溶液的溶剂为水和乙醇1:1的混合液。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中所用次磷酸钠的量为0.2～2g，适量的次磷酸钠有利于样品形貌的维持。

根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中硼氢化钠的浓度为0.1～2.5M。

本发明还提供了基于碳包覆富磷空位磷化钴双功能电催化剂作为阴极与阳极碱性工业海水电解槽的应用。

作为本发明的进一步特征：本发明构建的碳包覆富磷空位磷化钴Co

具体实施方式

实施例1

本发明是一种制备碳包覆富磷空位磷化钴Co

(1)选用商业化的Co(NO

(2)反应完成后在室温下将(1)中所得样品浸入由1.64g 2-甲基咪唑(2-MeIm)制备的均相溶液中12小时，之后在烘箱中进行干燥，该材料的X-射线衍射(XRD)结果如图所示(图2)，证明该材料为Co(OH)F和ZIF-67的复合物相。

(3)然后取适量步骤(2)中干燥所得样品在管式炉中进行磷化反应，将0.5gNaH

(4)最后取适量步骤(3)中所得样品，随后将其浸泡在25mL1.5 M NaBH

实施例2

本发明是一种制备碳包覆富磷空位磷化钴Co

(1)选用商业化的Co(NO

(2)反应完成后在室温下将(1)中所得样品浸入由1.64g 2-甲基咪唑(2-MeIm)制备的均相溶液中12小时，之后在烘箱中进行干燥，该材料的X-射线衍射(XRD)结果如图所示(图2)，证明该材料为Co(OH)F和ZIF-67的复合物相。

(3)然后取适量步骤(2)中干燥所得样品在管式炉中进行磷化反应，将0.5gNaH

(4)最后取适量步骤(3)中所得样品，随后将其浸泡在25mL0.5 M NaBH

上述实施例得到的双功能双功能电催化剂具有优异的析氢反应和析氧反应活性(图10)。

实施例3

本发明是一种制备碳包覆富磷空位磷化钴Co

(1)选用商业化的Co(NO

(2)反应完成后在室温下将(1)中所得样品浸入由1.64g 2-甲基咪唑(2-MeIm)制备的均相溶液中12小时，之后在烘箱中进行干燥，该材料的X-射线衍射(XRD)结果如图所示(图2)，证明该材料为Co(OH)F和ZIF-67的复合物相。

(3)然后取适量步骤(2)中干燥所得样品在管式炉中进行磷化反应，将0.5gNaH

(4)最后取适量步骤(3)中所得样品，随后将其浸泡在25mL2.5 M NaBH

上述实施例得到的双功能电催化剂具有优异的析氢反应和析氧反应活性(图11)。

附图说明

图1为实施例1中样品Co(OH)F的X射线衍射图片。

图2为实施例1中样品Co(OH)F/ZIF-67的X射线衍射图片。

图3为实施例1中样品Co

图4为实施例1中样品Co

图5为实施例1中样品Co

图6为实施例1中样品Co

图7为实施例1中样品Co

图8为实施例1中样品Co

图9为实施例1中样品Co

图10为实施例2中样品Co

图11为实施例3中样品Co