一种Eu掺杂Ni(PO3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法与应用

本发明属于电催化剂制备，具体涉及一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法与应用。

背景技术：

1、随着社会发展，能源短缺与环境问题日益严重，社会对风能、水能以及太阳能等清洁能源的需求日益扩大。其中，氢能作为一种能量密度大、储量丰富、用途广的能源而受到广泛关注。目前，工业上制取氢气的主要方法为高温裂解天然气法、水煤气法、电解水法等，其中，电解水法以水为原料，具有环保、产物无毒无污染等优势，被认为具有广阔的应用前景。

2、电解水反应由her和oer组成。目前，应用于her和oer最理想的催化剂分别为贵金属pt基和ruo2、iro2材料。然而，贵金属催化剂因储量稀少、价格昂贵，动力学迟缓且易毒化等缺点极大地限制了它们的大规模应用。氧气析出反应(oer)作为电解水的重要组成部分，ni基磷酸盐催化剂作为一类有潜力的电解水催化剂。虽然它们具有环境友好，储量丰富，易可调控的电子结构等优点。但是它们的本征活性差和动力学缓慢等，导致其难以满足在电解水中的实际应用。因此，研究开发廉价、高效的非贵金属ni基磷酸盐催化剂至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法与应用，本发明采用水热以及低温磷化法制备得到的eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂，比商业化ruo2具有更好的oer电催化活性与稳定性。

2、为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

3、一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，以亲水碳布为基底，以铕无机盐为铕源，以镍无机盐为镍源，氨基酸为稀土锚定剂，氟化铵为沉淀剂，尿素为还原剂，经水热反应合成碳布负载的eu掺杂的ni(oh)2前驱体，最终在ar/h2气氛中通过低温磷化过程制备得到催化剂。

4、上述eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1，eu掺杂ni(oh)2前驱体的制备

6、将铕盐、镍盐、尿素、氟化铵和氨基酸混合，其中，铕盐、镍盐、尿素、氟化铵摩尔比为0.05～0.1：1.2～3：1～5：2～3，且氨基酸的含量应超过体系摩尔含量的2％，溶于水中，加入预处理后的亲水碳布，进行水热反应，反应温度100～150℃，反应时间8～12小时，反应结束，洗涤、干燥，得eu掺杂ni(oh)2前驱体，其中，每平方厘米亲水碳布对应的镍盐摩尔量为0.15～0.23mmol；

7、步骤2，eu-ni(po3)2的制备

8、将步骤1的eu掺杂ni(oh)2前驱体置于ar/h2气流下游的石英舟中，磷源置于ar/h2气流上游的石英舟中，通气待管式炉中空气排尽，再升温至250～450℃下煅烧30～150分钟，且煅烧过程中持续通气，即得碳布负载eu-ni(po3)2氧析出电催化剂。

9、优选的是，步骤1中所述氨基酸为赖氨酸或精氨酸。氨基酸中的氨基和其他基团与铕离子结合相互吸引形成配位，形成的团簇能有效嵌入碳布负载的ni(oh)2的空位中，从而在后续磷化过程中确保不会生成稀土磷化物而是生成偏磷酸盐。

10、优选的是，步骤1中所述亲水碳布的预处理的步骤如下：将剪裁后的亲水碳布置于乙醇中超声清洗后，再用去离子水冲洗干净，接着用稀酸进行酸化处理12h，最后用去离子水冲洗至中性，备用，除去亲水碳布表面的油污和氧化层。

11、进一步优选的是，所述稀酸为1～3mol/l的硝酸溶液。

12、优选的是，步骤1中所述铕盐为六水合硝酸铕或六水合氯化铕；所述镍盐为六水合硝酸镍、六水合氯化镍或六水合硫酸镍。

13、优选的，步骤2中所述磷源为次亚磷酸钠或次亚磷酸钾，且单位碳布负载样品煅烧所需磷源的质量与碳布面积比应不低于0.06g cm-2。

14、优选的是，步骤2中煅烧的升温速度为1～5℃/min。低温磷化技术具有所需的能量低，升温速率可控以及副产物毒性小等优势，可控的升温速率有利于维持催化剂在烧结过程中的形貌，产生更大的比表面积，实现催化性能的提升。

15、上述制备方法制备的eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂在阴离子交换膜电解水装置作为阳极催化剂上的应用。

16、发明机理：

17、稀土eu元素由于其可变的配位数和4f-亚层轨道独特的化学与电子特性，使在调整电子结构和提高过渡金属基材料的催化性能方面越来越受到关注。本发明在eu-ni(po3)2中掺杂稀土元素eu，优化eu-ni(po3)2催化剂电子结构及反应中间体物种的吸附能，降低全解水反应能垒，有效提高了催化剂的催化活性。

18、有益效果：

19、与现有技术相比，本发明一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法与应用，具有如下显著优点：

20、(1)本发明催化剂在偏磷酸镍中掺杂了铕，在镍和铕的协同作用下，提高了催化剂的催化活性和稳定性；

21、(2)亲水碳布表面负载的eu-ni(po3)2呈多孔片状，该结构提供了巨大的比表面积和丰富的活性位点，进一步提高了催化剂的催化活性；

22、(3)本发明方法操作简单、快捷，可实现规模化生产，其中，低温磷化处理可以更好的锚定稀土原子，所得催化剂结构性能稳定、高效。

技术特征：

1.一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，以亲水碳布为基底，以铕无机盐为铕源，以镍无机盐为镍源，氨基酸为稀土锚定剂，氟化铵为沉淀剂，尿素为还原剂，经水热反应合成碳布负载的eu掺杂的ni(oh)2前驱体，最终在ar/h2气氛中通过低温磷化过程制备得到催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述氨基酸为赖氨酸或精氨酸。

4.根据权利要求2所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述亲水碳布的预处理的步骤如下：将剪裁后的亲水碳布置于乙醇中超声清洗后，再用去离子水冲洗干净，接着用稀酸进行酸化处理12h，最后用去离子水冲洗至中性，备用，除去亲水碳布表面的油污和氧化层。

5.根据权利要求4所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述稀酸为1～3mol/l的硝酸溶液。

6.根据权利要求2所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述铕盐为六水合硝酸铕或六水合氯化铕；所述镍盐为六水合硝酸镍、六水合氯化镍或六水合硫酸镍。

7.根据权利要求2所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述磷源为次亚磷酸钠或次亚磷酸钾，且单位碳布负载样品煅烧所需磷源的质量与碳布面积比应不低于0.06g cm-2。

8.根据权利要求2所述的一种eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中煅烧的升温速度为1～5℃/min。

9.基于权利要求1-8中任一种所述的制备方法制备的eu掺杂ni(po3)2多孔纳米片电催化剂在阴离子交换膜电解水装置作为阳极催化剂的应用。

技术总结
本发明公开了一种Eu掺杂Ni(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;多孔纳米片电催化剂的制备方法与应用。该方法以碳布为基底，以铕无机盐为铕源，以镍无机盐为镍源，氨基酸为稀土锚定剂，氟化铵为沉淀剂，尿素为还原剂，经水热反应合成碳布负载的Eu掺杂的Ni(OH)<subgt;2</subgt;前驱体，最终在Ar/H<subgt;2</subgt;气氛中通过低温磷化过程制备得到催化剂。本发明在偏磷酸镍中掺杂了铕，铕和镍的协同作用，提高了催化剂的催化活性和稳定性；且催化剂形貌维持度好，针对氧气析出反应（OER）的选择性高，具有良好的市场前景。

技术研发人员：付更涛,王浦,王慧宇,王若彤,刘启成,唐亚文
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5