電解氫用含磷化鎢和碳化鎢的複合材料

在各種可再生能源與清潔能源當中，氫能是理想的清潔能源之一，其具有較高的燃燒效率、資源豐富、無污染以及相對便宜的成本等優點，引起了各國的關注，氫氣有多種製備方法和途徑，其中電解水制氫是目前最常用的一種方法，為了使電解水制氫能夠得到廣泛的商業應用，必須得研究出具有較高催化活性的析氫催化劑材料。

目前最常用的析氫催化材料依然是鉑系貴金屬，鉑系元素屬於低過電位金屬，對電解水析氫反應具有較高的催化活性，但鉑是貴金屬，為了有效的替代鉑系貴金屬，急需研製出具有高電催化析氫效率的，廉價的電化學催化劑，近年來，研究者們通過雜原子的引入，從而生成含多相的鎢基複合材料的研究思路被大量的運用。多相鎢基複合材料可以利用不同物相之間的相互作用，以此優劣互補並對催化劑的結構進行修飾設計，這種方法可以有效增加材料的電催化活性位點，大幅提高材料的電催化性能。這種多相電催化材料的製備策略被廣泛的運用，因此得到了很大的發展。

研究發現，磷化鎢在工業加氫脫氮(HDN)和加氫脫硫(HDS)等反應中有很好的應用，這類反應的原理和析氫的反應原理相似，因此磷化鎢在析氫領域裡得到廣泛的研究，同時也被證明在析氫反應上也有很好的催化性能，所以得到含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料在提高其電催化性能以及析氫領域裡有著重要的意義。

通過簡單，綠色，有效的方法得到磷化鎢將是製備含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料的關鍵。通過對有機無機雜化材料的廣泛研究，研究人員將磷鎢酸和2,6-二氨基吡啶構建有機無機雜化材料，再通過一步煆燒，實現一種簡單，無毒的方法，成功製備出含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料多相納米鎢基複合材料。這種由一種反應物同時提供磷源和鎢源，並且最終生成含磷化鎢的鎢基複合材料的方法，成功的解決了上述難題。同時，由於催化材料中具有較低電負性的雜原子磷引入，使得鎢金屬D軌道電子雲密度增加，進而催化活性位點增多，相應的使得含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料具有很好的析氫催化性能。制取實例如下：

(1)稱取1g磷鎢酸，溶於40mL去離子水，攪拌均勻，得到反應液A。稱取6g 2,6-二氨 基吡啶，溶於100mL去離子水，攪拌均勻，得到反應液B。將反應液B 100mL置於常壓分液漏斗中，逐滴加入到40mL反應液A中，室溫下持續攪拌24h。待反應結束後，所得反應產物用去離子水離心洗滌3次後，所得洗滌產物放入60℃真空烘箱中乾燥12小時，得到有機無機雜化材料PA/DAP。

(2)將上述乾燥後的樣品有機無機雜化材料PA/DAP充分研磨，隨後放入管式爐中，在95mL/min氮氣和5mL/min氫氣的混合氣氛下，在850℃下煆燒120min，然後在氮氣保護氣氛下冷卻至室溫，得到含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料顆粒。

含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料，所述材料的相組成主要有三種：分別由WP/W₂C/WC、WP/W₂C和WP/W₂C/W等構成。含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料含有由於磷化鎢和其它鎢基材料共同存在而產生的大量的異質介面，也因此含磷化鎢和碳化鎢的鎢基複合材料的整體的電催化析氫性能很具有競爭力，通過結構組分優化後，更是具備領先的電催化性能。

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