本發(fā)明涉及材料化學和電解水析氧交叉，尤其涉及一種利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法。

背景技術：

1、為了減少對化石燃料的依賴，緩解化石燃料消耗帶來的環(huán)境問題，開發(fā)可再生清潔能源迫在眉睫。電解水分解是一種高效、環(huán)保的生產(chǎn)綠色清潔氫能源的方式，被認為是傳統(tǒng)化石燃料的潛在替代品。在運行中的電解水槽中，陰極(負極)通過析氫反應(her)生成h2，陽極(正極)通過析氧反應(oer)生成o2。然而，由于電子傳輸機制導致反應動力學緩慢，oer已被認為是水分解系統(tǒng)的瓶頸。目前，貴金屬ru、ir基化合物(氧化物)因其卓越的oer活性而受到廣泛研究。但是，昂貴的價格、較少的儲量以及堿性介質(zhì)的不穩(wěn)定性限制了它們在工業(yè)實際中的應用。因此，開發(fā)經(jīng)濟和高效的過渡金屬電催化劑成為實現(xiàn)電解水的關鍵。

2、高熵材料，由五種或五種以上的金屬元素組成，在能源與電催化劑領域有廣闊的前景。高熵材料由于獨特的高熵效應、晶格畸變、遲滯擴散效應以及雞尾酒效應，使其具有活性中心多、可調(diào)的電子結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可用作水電解的電催化劑。因此，過去幾年高熵催化劑被廣泛探索。研究發(fā)現(xiàn)，大量的高熵材料，如氧化物、硫化物、合金、磷化物以及硒化物等等可以作為oer催化劑并在堿性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的oer性能。其中，磷化物具有良好的導電性與活性受到廣泛關注。然而，由于元素的差異性、成分復雜性及實驗條件的苛刻性，使得高熵磷化物的合成具有挑戰(zhàn)性。此外，具有大比表面積和快速物質(zhì)傳輸?shù)牡包S殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物的合成具有挑戰(zhàn)性且尚未探索。

技術實現(xiàn)思路

1、針對背景技術中存在的問題，提出一種利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，操作簡單，合成成本低；制備得到的高熵磷化物大小均勻，可控性高，可大規(guī)模制備。

2、本發(fā)明提出一種利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，包括以下步驟：

3、s1、將多種硝酸鹽溶于異丙醇與甘油溶劑反應得到高熵甘油酸鹽；

4、s2、將反應后的高熵甘油酸鹽通過水熱反應生成高熵氫氧化物；

5、s3、高熵氫氧化物與磷源通過低溫磷化反應生成高熵磷化物催化劑。

6、優(yōu)選的，s1中所述的硝酸鹽包括fe(no3)3·9h2o、co(no3)2·6h2o、ni(no3)2·6h2o、cr(no3)3·9h2o和mn(no3)2·4h2o，且其濃度均為0.05-0.25mmol；所述的異丙醇的量為50-60ml，所述的甘油的量為5-15ml；所述的溶劑熱反應溫度為100°c-200℃；所述的溶劑熱反應時間為8-12h。

7、優(yōu)選的，s2中所述的高熵甘油酸鹽的質(zhì)量為30-70mg；所述的去離子水的體積為10-30ml；所述的水熱反應溫度為120℃-160℃；所述的水熱反應溫度為3-6h。

8、優(yōu)選的，s3中所述的高熵氫氧化物為15-40mg；所述的磷源為nah2po2·h2o且高熵氫氧化物與磷源質(zhì)量比為1：(10-20)；所述的磷化反應溫度為300°c-500℃，所述的磷化反應升溫速率分1-5℃/min；所述的磷化保溫時間為1-5h。

9、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益的技術效果：本發(fā)明中磷化物催化劑制備方法操作簡單，合成成本低；制備得到的高熵磷化物大小均勻，可控性高，可大規(guī)模制備；多元素的協(xié)同作用不僅可以促進多金屬間電子的再分配，還調(diào)控了反應中間體的吸附和脫附能力。得到的分級球形蛋黃殼結(jié)構(gòu)不僅有利于反應物暴露更多活性位點，提供豐富的質(zhì)量傳遞通道，而且為催化反應提供了均勻的環(huán)境，從而促進了oer。此外，殼層還可以起到保護層的作用，防止活性組分在催化過程中變形和溶解，增強其穩(wěn)定性。因此，采用本發(fā)明中方法制備得到的feconicrmn-p同樣具有優(yōu)秀的應用價值。

技術特征：

1.一種利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，其特征在于，s1中所述的硝酸鹽包括fe(no3)3·9h2o、co(no3)2·6h2o、ni(no3)2·6h2o、cr(no3)3·9h2o和mn(no3)2·4h2o，且其濃度均為0.05-0.25mmol；所述的異丙醇的量為50-60ml，所述的甘油的量為5-15ml；所述的溶劑熱反應溫度為100℃-200℃；所述的溶劑熱反應時間為8-12h。

3.根據(jù)權利要求1所述的利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，其特征在于，s2中所述的高熵甘油酸鹽的質(zhì)量為30-70mg；所述的去離子水的體積為10-30ml；所述的水熱反應溫度為120°c-160℃；所述的水熱反應溫度為3-6h。

4.根據(jù)權利要求1所述的利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物feconicrmn-p催化劑的方法，其特征在于，s3中所述的高熵氫氧化物為15-40mg；所述的磷源為nah2po2·h2o且高熵氫氧化物與磷源質(zhì)量比為1：(10-20)；所述的磷化反應溫度為300℃-500℃，所述的磷化反應升溫速率分1-5℃/min；所述的磷化保溫時間為1-5h。

5.一種蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物催化劑，采用如權利要求1所述的方法制備而成。

6.如權利要求5所述的一種蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物催化劑的應用，其特征在于，所述的催化劑適用于堿性電解水陽極析氧反應。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物催化劑的應用，其特征在于，應用步驟如下：將電催化劑分散到超純水、乙醇和nafion的混合溶液，獲得催化劑油墨；將催化劑油墨滴到玻碳電極上；以石墨棒為對電極，飽和甘汞為參比電極，所制備的磷化物為工作電極，進行析氧反應。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及材料化學和電解水析氧交叉技術領域，尤其涉及一種利用低溫磷化法制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)高熵磷化物FeCoNiCrMn?P催化劑的方法。其步驟包括：將多種硝酸鹽溶于異丙醇與甘油溶劑反應得到高熵甘油酸鹽；將反應后的高熵甘油酸鹽通過水熱反應生成高熵氫氧化物；高熵氫氧化物與磷源通過低溫磷化反應生成高熵磷化物催化劑。本發(fā)明中具有分級蛋黃殼結(jié)構(gòu)的反應物FeCoNiCrMn?P不僅暴露更多活性位點，提供豐富的質(zhì)量傳遞通道，而且為多相催化提供了均勻的環(huán)境，從而促進了OER。此外，殼層還可以起到保護層的作用，防止活性組分在催化過程中變形和溶解，增強其穩(wěn)定性。在電流密度為10mA?cm<supgt;?2</supgt;時，F(xiàn)eCoNiCrMn?P2具有最好的OER性能，其過電位為329mV，因而具備較強的實際應用價值。

技術研發(fā)人員：劉斌,馬銀剛,張靜,李文獻
受保護的技術使用者：上海大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9