电解氢用含磷化钨和碳化钨的复合材料

在各种可再生能源与清洁能源当中，氢能是理想的清洁能源之一，其具有较高的燃烧效率、资源丰富、无污染以及相对便宜的成本等优点，引起了各国的关注，氢气有多种制备方法和途径，其中电解水制氢是目前最常用的一种方法，为了使电解水制氢能够得到广泛的商业应用，必须得研究出具有较高催化活性的析氢催化剂材料。

目前最常用的析氢催化材料依然是铂系贵金属，铂系元素属于低过电位金属，对电解水析氢反应具有较高的催化活性，但铂是贵金属，为了有效的替代铂系贵金属，急需研制出具有高电催化析氢效率的，廉价的电化学催化剂，近年来，研究者们通过杂原子的引入，从而生成含多相的钨基复合材料的研究思路被大量的运用。多相钨基复合材料可以利用不同物相之间的相互作用，以此优劣互补并对催化剂的结构进行修饰设计，这种方法可以有效增加材料的电催化活性位点，大幅提高材料的电催化性能。这种多相电催化材料的制备策略被广泛的运用，因此得到了很大的发展。

研究发现，磷化钨在工业加氢脱氮(HDN)和加氢脱硫(HDS)等反应中有很好的应用，这类反应的原理和析氢的反应原理相似，因此磷化钨在析氢领域里得到广泛的研究，同时也被证明在析氢反应上也有很好的催化性能，所以得到含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料在提高其电催化性能以及析氢领域里有着重要的意义。

通过简单，绿色，有效的方法得到磷化钨将是制备含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料的关键。通过对有机无机杂化材料的广泛研究，研究人员将磷钨酸和2,6-二氨基吡啶构建有机无机杂化材料，再通过一步煅烧，实现一种简单，无毒的方法，成功制备出含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料多相纳米钨基复合材料。这种由一种反应物同时提供磷源和钨源，并且最终生成含磷化钨的钨基复合材料的方法，成功的解决了上述难题。同时，由于催化材料中具有较低电负性的杂原子磷引入，使得钨金属D轨道电子云密度增加，进而催化活性位点增多，相应的使得含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料具有很好的析氢催化性能。制取实例如下：

(1)称取1g磷钨酸，溶于40mL去离子水，搅拌均匀，得到反应液A。称取6g 2,6-二氨 基吡啶，溶于100mL去离子水，搅拌均匀，得到反应液B。将反应液B 100mL置于常压分液漏斗中，逐滴加入到40mL反应液A中，室温下持续搅拌24h。待反应结束后，所得反应产物用去离子水离心洗涤3次后，所得洗涤产物放入60℃真空烘箱中干燥12小时，得到有机无机杂化材料PA/DAP。

(2)将上述干燥后的样品有机无机杂化材料PA/DAP充分研磨，随后放入管式炉中，在95mL/min氮气和5mL/min氢气的混合气氛下，在850℃下煅烧120min，然后在氮气保护气氛下冷却至室温，得到含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料颗粒。

含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料，所述材料的相组成主要有三种：分别由WP/W₂C/WC、WP/W₂C和WP/W₂C/W等构成。含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料含有由于磷化钨和其它钨基材料共同存在而产生的大量的异质界面，也因此含磷化钨和碳化钨的钨基复合材料的整体的电催化析氢性能很具有竞争力，通过结构组分优化后，更是具备领先的电催化性能。

• < 前へ
• 次へ >