磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法及其应用

本发明属于电催化剂，具体涉及磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法及其应用。

背景技术：

1、粉体多孔碳负载的纳米结构过渡金属磷化物(tmps)被认为是一种稳定、高效的水裂解反应电催化剂。然而，粉状碳支撑的tmps的合成中，通常需要使用有毒试剂进行气相磷化，在磷化的过程中会产生大量如磷化氢等有害气体，具有危险性，且对于环境有一定污染。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，该方法不需要使用有毒试剂进行气相磷化，绿色环保。

2、本发明还提供了一种所述磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的应用。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

4、一种磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，包括以下步骤：

5、（1）将大豆和去离子化的超纯水按预定比例混合后经研磨、过滤，得到豆浆，将豆浆煮沸，冷却至80-90℃时，加入co盐溶液后混合均匀，得到混合物；将混合物静置，得到半固态凝胶状产物，对其进行模压处理，得到co豆腐；

6、（2）将co豆腐冷冻干燥，得到气凝胶状产物，将气凝胶状产物先放置于马弗炉在空气中进行低温碳化，随后转置于管式炉在氩气气氛中进行高温碳化，得到黑色产物，对黑色产物进行打磨、超声清洗、真空干燥，得到磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极。

7、优选的，所述步骤（1）中，大豆和去离子化的超纯水的质量比为1:9。

8、优选的，所述步骤（1）中，所述混合物中co(no3)2浓度为0.1m。

9、优选的，所述步骤（1）中，所述混合物静置时间为20-30min。

10、优选的，所述步骤（1）中，所述模压处理具体为：将半固态凝胶状产物倒入模具中，压制8-14h，以除去多余水分。

11、优选的，所述步骤（2）中，所述冷冻干燥时间为24-36h。

12、优选的，所述步骤（2）中，所述低温碳化温度为260-300℃，时间为5-6h，所述高温碳化温度为800-1000℃，时间为2-6h，两次碳化的气体流速均为40ml/min，升温速率均为5℃/min。

13、优选的，所述步骤（2）中，所述打磨采用2000目砂纸对碳化后的产物打磨，使其厚度达到400μm。

14、一种由上述制备方法制得的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极作为电催化分解水的双功能电极的应用。

15、由上述技术方案可知，本发明提供了一种磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法及其应用，其有益效果是：本发明所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法是一种绿色、可扩展的制备方法，首先以低成本大豆为天然碳、氮、磷来源，通过将传统的冷冻豆腐制备方法应用到过渡金属磷化物(tmps)中，制备出前所未有的co豆腐，将co豆腐经煅烧后即可在豆腐基碳膜（ctf）上原位生成磷化钴（co2p）纳米颗粒，得到所述磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极；在煅烧过程中，co通过形成co2p成功磷酸化，co2p纳米颗粒以被蛋黄壳包裹的形式沉积在豆腐基碳膜上，co2p纳米颗粒可以作为反应活性位点，在ctf上嵌入co2p纳米颗粒使得电化学活性表面积增加，通过co2p纳米颗粒与ctf间的协同作用，以暴露大量反应活性位点，使得制备的催化剂材料具有优异的电化学性能和稳定性。上述方法与现有的合成氮/磷掺杂碳催化剂的方法不同，不需要使用有毒试剂进行气相磷化，因此在磷化的过程中不会产生大量有害气体，对环境污染小，这种基于天然大豆的简单而有效的煅烧策略为现有的磷化方法提出一种绿色可持续的思路。

16、此外，通过本发明的制备方法制得的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极具有整体结构，可以直接作为电催化分解水的双功能电极使用，不需要使用粘结剂和额外的导电剂，具有优异的析氢反应/析氧反应（her/oer）催化活性。

技术特征：

1.一种磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，大豆和去离子化的超纯水的质量比为1:9。

3. 如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述混合物中co(no3)2浓度为0.1 m。

4. 如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述混合物静置时间为20-30 min。

5. 如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述模压处理具体为：将半固态凝胶状产物倒入模具中，压制8-14 h，以除去多余水分。

6. 如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述冷冻干燥时间为24-36 h。

7. 如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒装饰的多孔碳膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述低温碳化温度为260-300 ℃，时间为5-6 h，所述高温碳化温度为800-1000℃，时间为2-6h，两次碳化的气体流速均为40ml/min，升温速率均为5℃/min。

8.如权利要求1所述的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述打磨采用2000目砂纸对黑色产物打磨，使其厚度达到400μm。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极作为电催化分解水的双功能电极的应用。

技术总结
本发明提供了一种磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法及其应用，属于电催化剂技术领域，所述磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极的制备方法是一种绿色、可扩展的制备方法，首先以低成本生物质大豆为天然碳、氮、磷来源，通过将传统的冷冻豆腐制备方法应用到过渡金属磷化物(TMPs)中，制备出前所未有的“Co豆腐”，将Co豆腐经煅烧后即可在豆腐基碳膜上原位生成磷化钴（Co2P）纳米颗粒，得到磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极，制备过程中不需要使用有毒试剂进行气相磷化，对环境污染小；此外，本发明制得的磷化钴纳米颗粒修饰的多孔碳膜电极具有整体结构，可以用作电催化分解水的双功能电极使用，具有优异的析氢反应/析氧反应（HER/OER）催化活性。

技术研发人员：敏世雄,李雯静,王芳,张正国
受保护的技术使用者：北方民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13