本發(fā)明涉及電催化材料，更具體的說是涉及一種comose4-p@nf電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、隨著石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)化石能源的儲量不斷減少，以及環(huán)境污染問題的帶來的挑戰(zhàn)，尋找清潔、高效的全新能源載體成為人類發(fā)展必須面對的問題。
2、氫氣憑借零污染、高能量密度、143mj/kg的超高熱值(相當(dāng)于汽油的3倍)以及可通過可再生能源電解水實現(xiàn)閉合循環(huán)的技術(shù)路徑，被國際氫能理事會定義為“21世紀(jì)終極清潔能源載體”，成為最理想的能源方式。在常見制氫方式中，電解水制氫以污染小、不依賴化石能源、設(shè)備簡單且方便維護等特點，有望成為大規(guī)模工業(yè)的制氫方法。
3、全解水制氫技術(shù)的核心機制源于電解池的電化學(xué)作用，其總工作電壓由理論分解電壓和系統(tǒng)阻抗壓損兩部分構(gòu)成。該總電壓值作為關(guān)鍵性能參數(shù)，其數(shù)值大小直接決定制氫過程的能耗水平。在采用線性掃描伏安法測試時，陽極析氧反應(yīng)(oer)與陰極析氫反應(yīng)(her)均需克服顯著活化能壘。通過電極材料的表面功能化處理，可有效降低陰陽極反應(yīng)勢壘，從而顯著提升整體催化效率。
4、現(xiàn)行商業(yè)體系中普遍采用的鉑基(pt/c)、釕基(ruo2)催化劑雖在單一析氧或析氫反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異，但其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面臨雙重挑戰(zhàn)：一方面，貴金屬基材料成本高昂制約規(guī)?；a(chǎn)；另一方面，在全解水協(xié)同催化中的綜合效能尚未達到理想狀態(tài)。
5、因此，開發(fā)兼具簡易制備工藝、經(jīng)濟性優(yōu)勢、高效催化活性與優(yōu)良導(dǎo)電特性的新型復(fù)合電極材料，已成為提升全解水制氫技術(shù)實用化水平的重要研究方向。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種comose4-p@nf電催化劑及其制備方法與應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：
4、(1)將泡沫鎳依次超聲分散于丙酮、鹽酸和無水乙醇溶液中，干燥，得到預(yù)處理后的泡沫鎳，備用；
5、(2)將六水合硝酸鈷、四水合鉬酸氨和硒粉混合，溶于水中，攪拌，得到混合鹽溶液；
6、(3)將泡沫鎳和混合鹽溶液進行水熱反應(yīng)，洗滌，干燥，煅燒，得到comose4@nf前驅(qū)體；
7、(4)將comose4@nf前驅(qū)體和磷源進行煅燒，降至室溫，洗滌，干燥，即得comose4-p@nf電催化劑。
8、進一步，上述步驟(1)中，鹽酸的濃度為1.0m；丙酮、鹽酸和無水乙醇的體積比為1:1:(1.0-3.0)；超聲分散的時間為10-30min；干燥的設(shè)備為真空干燥箱，溫度為30-80℃，時間為8-18h。
9、采用上述進一步的有益效果在于，通過超聲分散，能夠移除泡沫鎳的表面氧化物與其他雜質(zhì)。
10、進一步，上述步驟(2)中，六水合硝酸鈷和四水合鉬酸氨的質(zhì)量比為1:(1-2)；六水合硝酸鈷和四水合鉬酸氨的物質(zhì)的量之和為6；六水合硝酸鈷中鈷離子和四水合鉬酸氨中鉬離子的濃度之和為0.08-0.13mol/l；硒粉和水的用量比為5-10mmol：60ml；攪拌的溫度為室溫，方式為磁力攪拌，時間為10-30min。
11、采用上述進一步的有益效果在于，硒(se)原子具有較強的電子給體效應(yīng)，能夠在催化劑表面誘導(dǎo)形成新的電子云分布，有助于增強對關(guān)鍵中間體(如*ooh)的吸附。
12、進一步，上述步驟(3)中，水熱反應(yīng)的設(shè)備為聚四氟乙烯水熱釜，溫度為120-200℃，時間為4-10h；洗滌至ph為中性；干燥的方式為真空干燥，溫度為60℃，時間為12h；煅燒的設(shè)備為馬弗爐，溫度為200-400℃，時間為1-3h。
13、進一步，上述步驟(4)中，磷源為一水合次亞磷酸鈉；comose4@nf前驅(qū)體和磷源的質(zhì)量比為(0.1-0.5):1；煅燒的設(shè)備為管式爐，氣氛為氬氣，升溫速率為0.5-5℃/min，溫度為200-500℃，時間為1-3h；降至室溫的降溫速率為0.5-5℃/min；洗滌的試劑為去離子水和無水乙醇；干燥的方式為真空干燥，溫度為60℃，時間為12h。
14、采用上述進一步的有益效果在于，磷(p)原子的引入能夠顯著提高材料的表面極性，促進水分子在催化劑表面的吸附和解離。同時，p化處理也有助于提高材料穩(wěn)定性和電子傳輸能力，從而很好的彌補了金屬硒化物在電催化方面的不足。
15、本發(fā)明還請求保護一種上述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑。
16、本發(fā)明還請求保護一種上述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑在全解水電催化中的應(yīng)用。
17、本發(fā)明還請求保護一種上述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑在制備全解水電催化設(shè)備中的應(yīng)用。
18、一種全解水電催化設(shè)備，由電化學(xué)工作站、電解池、工作電極、對電極和參比電極組成，其中，工作電極采用上述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑。
19、進一步，上述電解池中的電解液為koh溶液，濃度為1.0mol/l；工作電極采用泡沫鎳為基底；對電極采用碳棒；參比電極采用汞/氧化汞。
20、同時，需向電解液中通入純o2使其達到氧飽和狀態(tài)，通入o2的時間為20-60min。
21、全解水電催化的方法主要采用線性掃描伏安法，相關(guān)檢測參數(shù)如下：靜置時間設(shè)置為1-10s，掃描速率為0.5-100mv/s，掃描范圍1.0-2.2.2v，過電勢為200-550mv。
22、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
23、1、本發(fā)明通過水熱和高溫煅燒相結(jié)合的方法合成了comose4-p@nf電催化劑，該材料具有形貌(長方體的納米棒結(jié)構(gòu))均勻且規(guī)整、元素分布均勻等特點和良好的電化學(xué)性能，不僅能實現(xiàn)對全解水的高效電催化，包括電催化析氧(oer)反應(yīng)和電催化析氫(her)反應(yīng)，還具有成本低廉、反應(yīng)條件溫、穩(wěn)定性好、電阻率小等優(yōu)點。
24、2、將本發(fā)明制得comose4-p@nf電催化劑替代pt/c、ruo2等商用納米電極材料用于全解水電催化，實現(xiàn)了高效、低成本的全解水技術(shù)新突破，為大規(guī)模電解水制氫提供了兼具高效性、經(jīng)濟性與工程適用性的技術(shù)路徑。
25、3、本發(fā)明的制備方法具有反應(yīng)條件易于控制、設(shè)備簡單和成本低等優(yōu)勢。
1.一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鹽酸的濃度為1.0m；所述丙酮、鹽酸和無水乙醇的體積比為1:1:(1.0-3.0)；所述超聲分散的時間為10-30min；所述干燥的設(shè)備為真空干燥箱，溫度為30-80℃，時間為8-18h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述六水合硝酸鈷和四水合鉬酸氨的質(zhì)量比為1:(1-2)；所述六水合硝酸鈷和四水合鉬酸氨的物質(zhì)的量之和為6；所述六水合硝酸鈷中鈷離子和四水合鉬酸氨中鉬離子的濃度之和為0.08-0.13mol/l；所述硒粉和水的用量比為5-10mmol：60ml；所述攪拌的溫度為室溫，方式為磁力攪拌，時間為10-30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述水熱反應(yīng)的設(shè)備為聚四氟乙烯水熱釜，溫度為120-200℃，時間為4-10h；所述洗滌至ph為中性；所述干燥的方式為真空干燥，溫度為60℃，時間為12h；所述煅燒的設(shè)備為馬弗爐，溫度為200-400℃，時間為1-3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種comose4-p@nf電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述磷源為一水合次亞磷酸鈉；所述comose4@nf前驅(qū)體和磷源的質(zhì)量比為(0.1-0.5):1；所述煅燒的設(shè)備為管式爐，氣氛為氬氣，升溫速率為0.5-5℃/min，溫度為200-500℃，時間為1-3h；所述降至室溫的降溫速率為0.5-5℃/min；所述洗滌的試劑為去離子水和無水乙醇；所述干燥的方式為真空干燥，溫度為60℃，時間為12h。
6.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑。
7.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑在全解水電催化中的應(yīng)用。
8.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑在制備全解水電催化設(shè)備中的應(yīng)用。
9.一種全解水電催化設(shè)備，由電化學(xué)工作站、電解池、工作電極、對電極和參比電極組成，其特征在于，所述工作電極采用如權(quán)利要求1-5任一項所述制備方法制得的comose4-p@nf電催化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種全解水電催化設(shè)備，其特征在于，所述電解池中的電解液為koh溶液，濃度為1.0mol/l；所述工作電極采用泡沫鎳為基底；所述對電極采用碳棒；所述參比電極采用汞/氧化汞。