一种多孔碳负载枝叶状Ni2P催化剂及在析氢反应中的应用的制作方法

本发明涉及新型电催化剂，具体为一种多孔碳负载枝叶状ni2p催化剂及在析氢反应中的应用。

背景技术：

1、氢被认为是化石燃料的理想替代品，具有零碳排放和高燃烧值，目前，生物制氢、太阳能制氢、电催化分水等制氢技术如雨后春笋般涌现，其中，电催化解水作为一种高效、安全、可持续的大规模制氢方法，越来越受到人们的重视，析氢反应(her)是电解水中的阴极半反应，贵金属(pt、pd)由于活性高，被用作析氢反应的主要催化剂，但资源的稀缺性和高成本限制了其商业应用，因此，探索廉价高效的催化剂材料替代贵金属催化剂材料已成为当务之急。

2、近年来，人们对非贵金属电催化剂的研究越来越重视，在众多非贵金属电催化剂中，具有高活性以及稳定性的镍及镍合金被认为是代替贵金属(pt、pd)电催化剂的理想材料，磷化镍是一种过渡金属磷化物，具有多种相态，由于其独特的物理化学性能，使其在磁性，电化学器件等方面有着巨大应用价值，而且电化学性能优良，经常被使用在析氢反应催化剂等领域中，但磷化镍有着诸多不足之处，如导电性差，易团聚等问题，而多孔碳具有比表面积大，导电性强，且化学性质稳定等优点，经常被作为电催化剂的载体，加入到析氢反应中。

3、(一)解决的技术问题

4、针对现有技术的不足，本发明提供了一种多孔碳负载枝叶状ni2p催化剂及在析氢反应中的应用，解决了ni2p基催化剂的电催化析氢活性较差的问题。

5、(二)技术方案

6、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，所述n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料的制法包括以下步骤：

7、(1)将纤维素与羰基二咪唑超声分散在去离子水中，再添加n,n-二甲基甲酰胺，在搅拌的情况下，进行改性反应，得到咪唑改性纤维素；

8、(2)将咪唑改性纤维素与氢氧化钾充分研磨后，在去离子水中搅拌均匀，然后放置在碳化炉中，并在氩气氛围下进行碳化反应，待反应完成后，洗涤干燥得到n掺杂多孔碳；

9、(3)将硫酸镍和十二烷基苯磺酸钠完全溶解在去离子水中，然后添加尿素和氮掺杂多孔碳，搅拌均匀后，转移至反应釜中，密封，并进行水热合反应，待反应结束后，过滤洗涤干燥，得到n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料。

10、优选的，所述步骤(1)中纤维素与羰基二咪唑之间的质量比为100:80-120。

11、优选的，所述步骤(1)中改性反应的温度为40-70℃，反应的时间为10-16h。

12、优选的，所述步骤(2)中咪唑改性纤维素与氢氧化钾之间的质量比为100:60-100。

13、优选的，所述步骤(2)中碳化反应的温度为750-850℃，反应的时间为0.5-1.5h。

14、优选的，所述步骤(3)中硫酸镍，十二烷基苯磺酸钠，尿素和氮掺杂多孔碳之间的质量比为60-80:40-50:40-60:100。

15、优选的，所述步骤(3)中水热合反应的温度为160-190℃，反应的时间为10-16h。

16、(三)有益的技术效果

17、与现有技术相比，本发明具备以下实验原理和有益技术效果：

18、该一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，羰基二咪唑具有高反应活性，能够与纤维素表面的羟基发生改性反应，形成咪唑改性纤维素，在纤维素中引入了氮元素，然后以咪唑改性纤维素为碳源和氮源，通过氢氧化钾模板对咪唑改性纤维素进行活化改性，并在氩气氛围下进行碳化反应，得到n掺杂多孔碳，接着以其为载体，以硫酸镍为镍源，以白磷为磷源，以尿素为ph调节剂，通过表面活性剂的辅助，利用水热法制备得到了n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，在水热合成反应中，ni2p均匀的分布在多孔碳结构中，避免了团聚行为，同时，由于多孔碳的多级孔道结构，ni2p晶体的生长会被限制，形成更小的晶体结构，而且多孔碳比表面积大，导电性强，会与ni2p形成协同作用，提升了复合材料在电化学析氢反应中的活性。

19、该一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，相对于单一的ni2p电催化剂，复合材料在电化学析氢反应中的活性更强，ni2p的特殊形貌赋予了ni2p更大的比表面积，这提高了其与反应物的接触概率，同时，更高比表面积也提供了更多的活性位点，这也提升了复合材料的催化效率，而且以多孔碳作为载体负载枝叶状ni2p，多孔状结构具有更大的比表面积，这提供了大量的析氢反应催化活性位点，而且ni2p电催化剂均匀分散在多孔碳结构中，防止了团聚行为的发生，提高了ni2p在电化学析氢反应中的活性，同时，彼此相连的孔状结构也为反应物和产物提供了及时扩散的通道，使得反应物分子能够与更多的活性位点接触，明显提升了活性位点的利用效率，有利于后续电催化析氢反应的发生，而且多孔碳的导电性，在多孔碳上负载ni2p后，复合材料的导电率显著增加，这有利于析氢反应动力学的提升，氮掺杂多孔碳能够为复合材料提供更多的储能位点，并增加多孔碳的导电率，进一步提升了复合材料在析氢反应中的电催化效率。

技术实现思路

技术特征：

1.一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料的制法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(1)中纤维素与羰基二咪唑之间的质量比为100:80-120。

3.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(1)中改性反应的温度为40-70℃，反应的时间为10-16h。

4.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(2)中咪唑改性纤维素与氢氧化钾之间的质量比为100:60-100。

5.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(2)中碳化反应的温度为750-850℃，反应的时间为0.5-1.5h。

6.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(3)中硫酸镍，十二烷基苯磺酸钠，尿素和氮掺杂多孔碳之间的质量比为60-80:40-50:40-60:100。

7.根据权利要求1所述的一种n掺杂多孔碳负载枝叶状ni2p复合材料，其特征在于：所述步骤(3)中水热合反应的温度为160-190℃，反应的时间为10-16h。

技术总结
本发明涉及新型电催化剂技术领域，且公开了一种N掺杂多孔碳负载枝叶状Ni2P复合材料，相对于单一的Ni2P电催化剂，复合材料在电化学析氢反应中的活性更强，特殊形貌的Ni2P更大的比表面积，提升了复合材料的催化效率，而且多孔状结构具有更大的比表面积，这提供了大量的析氢反应催化活性位点，彼此相连的孔状结构也为反应物和产物提供了及时扩散的通道，使得反应物分子能够与更多的活性位点接触，提升了活性位点的利用效率，而且多孔碳的导电性，负载Ni2P后，复合材料的导电率显著增加，氮掺杂多孔碳能够为复合材料提供更多的储能位点，并增加多孔碳的导电率，进一步提升了复合材料在析氢反应中的电催化效率。

技术研发人员：朱孝吉
受保护的技术使用者：朱孝吉
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13