氮磷共掺杂碳负载碳化钨催化剂

氢资源丰富、来源广泛，是自然界存在最普遍的元素。氢的燃烧热值高，燃烧性能好，导热性好，燃烧后不会产生任何污染，还具有可储、可运性等优点使其成为了传统化石能源的最佳替代品。

电解水制氢是清洁和可再生能源开发领域中最具潜力的技术之一，电解水制氢技术的核心问题是高效、高稳定性和廉价的制氢电催化剂的开发。近年来，科研工作者们报道了大量的非贵金属以及非金属析氢电催化剂，并取得了重要的突破。析氢电催化剂应具有较好的传递电子能力，而具有大的比表面积和多孔结构的材料有利于电解质的传输和电子的转移。杂原子(比如氮、磷、硫等)掺杂的多孔碳材料常被选作电极材料或载体，用于负载过渡金属硫化物、磷化物、硒化物、氮化物、碳化物。因此开发杂原子掺杂多孔碳材料负载的此类新材料对电化学能源存储和转化具有重要意义。

氮磷共掺杂碳负载碳化钨催化剂是一种较为高效并且廉价的非贵金属电催化剂。这种材料的制备过程包括：

(1)杂多酸的合成：将200g Na₂WO₄.2H₂O溶于1000mL水中，搅拌，加热溶解后，缓慢滴入80g 85％的磷酸,将此混合物回流8h，溶液沸腾，回流结束时溶液仍为1000mL。如果溶液变蓝，需要滴人几滴溴水,溶液变为纯黄色,冷却,搅拌下向其中加人200g NH₄Cl，溶液变为乳白色，有晶体析出，沉淀完全后，减压过滤沉淀。干燥，称重，按10g样品用 25mL水、15mL浓盐酸、10mL乙醚的比例进行萃取操作。静置分层，下层液体用烧杯接收，按 10g产品10mL水的比例加水，在磁力搅拌器上加热搅拌，直到边缘有晶体析出，析出的晶体即为H₆[P₂W₁₈O₆₂]。

(2)SEP表面活性剂包覆杂多酸复合材料的制备：将H₆[P₂W₁₈O₆₂溶解于80mL去离子水中(A溶液)，2.20g(10.0mmol)十六烷基三甲基溴化铵(表面活性剂)溶于20mL乙醇中(B溶液)；在温度为85℃，剧烈搅拌下，将B溶液逐滴加入A溶液中，滴加时间为1h，并继续搅拌2h；将生成的沉淀离心、去离子水洗涤、真空干燥24h得到SEP复合材料。

(3)催化剂前驱体SEP-MA-PA复合材料的制备：将1.12g三聚氰胺和溶解于60ml去离子水中，先后加入2.70ml植酸溶液和3.30g SEP复合材料，在常温下超声分散1h、搅拌2h，然后在60℃的烘箱中将溶液缓慢蒸干，得到SEP-MA-PA复合材料。

(4)氮磷共掺杂碳负载的碳化钨催化剂，即SEP-MA-PA复合材料衍生的碳化钨催化剂的制备方法：将SEP-MA-PA复合材料置于管式炉内，氮气保护下，程序升温至900℃恒温 6h，升温速率为2℃/min，然后冷却至室温，即可制得氮磷共掺杂碳负载碳化钨催化剂。

可以通过控制前驱体多酸分子的体积从而达到控制碳化钨的颗粒的尺寸，如这些杂原子和钨原子同处在一个多酸分子中，生成碳化钨后，杂原子原位镶嵌到碳化钼的晶格中，可以实现原子级别的杂原子掺杂，从而调控碳化钨的结构，使其具有更多的活性位点，从而具备更强的催化剂效果。

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