本發(fā)明屬于電催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷化不銹鋼電解水催化材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，化石燃料產(chǎn)生的污染也愈發(fā)地嚴(yán)重，這一問題引起了愈來愈多人的關(guān)注，人們開始著手于研究和解決這一影響人類生存的至關(guān)重要的問題，基于此趨勢(shì)，尋找新的環(huán)境友好型且本身可再生的能源與燃料物質(zhì)成為當(dāng)務(wù)之急。氫氣正是一種理想的新型能源，并且有望在將來成為最主要的能源物質(zhì)。氫是宇宙中最豐富的元素，在地球上，海洋占據(jù)了72%的地表面積，因此地球上的氫元素幾乎是無限的。如果將氫能作為能源來利用，水循環(huán)作為主要的支撐體系，氫能的利用可以避免大量使用化石燃料導(dǎo)致的大氣二氧化碳濃度增加。目前制氫的主要方法：化石燃料制氫、甲醇分解制氫、氨分解制氫、甲烷的水蒸氣重整反應(yīng)制氫、生物制氫、電解水制取氫氣等。然而作為一種二次能源，氫能需要某種加工才能得到，因此，想要徹底的脫離化石燃料，實(shí)現(xiàn)清潔的氫能源從而保護(hù)地球環(huán)境，應(yīng)當(dāng)利用大量的自然能源與可再生能源來制取氫氣，與此同時(shí)不能產(chǎn)生新的污染物。基于這種情況，電催化分解水制氫是最有應(yīng)用前景的技術(shù)。 近十幾年的研究顯示，在水分解制氫這一途徑中仍然存在著幾大問題，即如何提高效率，穩(wěn)定性，降低過電勢(shì)，減少成本等，使用催化劑是有望解決這些問題的最有效途徑之一。然而，迄今為止，最有效的產(chǎn)氫或產(chǎn)氧催化劑仍然由貴金屬組成，例如Pt(CN201510412672.8、ZL201310020844.8、US20150072852、JP2004008963) 和Ru（DE102011083528、WO2013045318）等貴金屬用于產(chǎn)氫。但貴金屬高額的成本嚴(yán)重阻礙了太陽能燃料的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，為了降低成本，開發(fā)由含量豐富的元素組成的有效水分解催化劑變得越發(fā)迫切。非貴金屬鐵鈷鎳的氧化物和氫氧化物等也都表現(xiàn)了優(yōu)良的電解水性能，如泡沫鎳(ACS Catal. 2016, 6, 714?721)為基底的電解水催化劑，但是泡沫鎳的機(jī)械強(qiáng)度小，制備工藝復(fù)雜，條件苛刻等。不銹鋼已廣泛用于工業(yè)電化學(xué)，其導(dǎo)電性好，機(jī)械強(qiáng)度好。為此，我們采用一步煅燒法將不銹鋼磷化，然后直接用于電催化分解水，原料廉價(jià)易得、工藝及其簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種廉價(jià)便捷的電解水催化劑的制備方法。以價(jià)廉易得的不銹鋼為基底，通過與次磷酸鹽一步煅燒制備。所制備的材料具有很好的電催化分解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧及水的全分解性能。

本發(fā)明提供一種電催化分解水的電催化劑材料的制備方法，包括以下步驟：以不銹鋼為基底，與次磷酸鹽經(jīng)一步煅燒制得。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、具備大批量制備的優(yōu)點(diǎn)，并且所得材料的催化性能顯著，有望產(chǎn)生很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；

所述方法的煅燒溫度為300-600℃，保溫1-5小時(shí)；

本發(fā)明所制備的材料具有價(jià)格低廉、催化性能好、易于工業(yè)化等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1 為實(shí)施例1所制備磷化不銹鋼泡沫電催化劑的XRD圖；

圖2 為實(shí)施例1所制備磷化不銹鋼泡沫電催化劑的SEM圖；

圖3 和圖4分別為實(shí)施例1所制備磷化不銹鋼泡沫電催化劑電解水的HER和OER圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施示例進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明；

作為一種優(yōu)選方案，以不銹鋼泡沫為金屬源；

作為一種優(yōu)選方案，以次磷酸鈉為磷源；

作為一種優(yōu)選方案，步驟1所述方法的煅燒溫度為500℃；

上述電催化劑材料的性能通過電催化分解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧來進(jìn)行評(píng)估，實(shí)驗(yàn)過程如下：以上述磷化不銹鋼泡沫為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極，采用三電極體系在1M KOH溶液中進(jìn)行電化學(xué)分析測(cè)試；

上述電催化劑材料的結(jié)構(gòu)表征方法為：X射線粉末衍射（XRD）分析結(jié)晶情況，掃描電鏡（SEM）觀察材料形貌,（XPS）分析材料的表面化學(xué)組成。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單快捷的方法來制備水分解的電催化劑。采用廉價(jià)易得的不銹鋼為起始原料。本發(fā)明得到分解水電催化劑材料具有價(jià)廉、高效、穩(wěn)定、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，大大降低電解水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧的過電位。另外，本發(fā)明的制備方法十分簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，具備大批量制備的優(yōu)點(diǎn)，并且所得材料的催化性能顯著，有望產(chǎn)生很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；

下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明在合適的范圍內(nèi)選擇，而非僅限定于下文示例的具體數(shù)值。

實(shí)施例1

一種水分解電催化劑的制備方法如下：將1cm²的不銹鋼泡沫片與2克次磷酸鈉分別放在管式爐中，氬氣保護(hù)下500℃煅燒2小時(shí)，得到磷化不銹鋼泡沫電解水催化劑；

以得到的磷化不銹鋼泡沫為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極，采用三電極體系在1M KOH溶液中進(jìn)行電化學(xué)分析測(cè)試。結(jié)果表明該電催化材料具有很好的產(chǎn)氫和產(chǎn)氧性能，產(chǎn)氫和產(chǎn)氧達(dá)到10mA/cm²電流密度所需的過電位分別為206mv和298mv；

實(shí)施例2

方法同實(shí)施例1：將1cm²的不銹鋼泡沫片與2克次磷酸鈉分別放在管式爐中，氬氣保護(hù)下600℃煅燒2小時(shí)，得到磷化不銹鋼泡沫電解水催化劑；

結(jié)果表明產(chǎn)氫和產(chǎn)氧達(dá)到10mA/cm²電流密度所需的過電位分別為236mv和313mv；

實(shí)施例3

方法同實(shí)施例1：將1cm²的不銹鋼泡沫片與2克次磷酸鈉分別放在管式爐中，氬氣保護(hù)下400℃煅燒2小時(shí)，得到磷化不銹鋼泡沫電解水催化劑；

結(jié)果表明產(chǎn)氫和產(chǎn)氧達(dá)到10mA/cm²電流密度所需的過電位分別為242mv和323mv；

實(shí)施例4

為了考察煅燒溫度對(duì)催化劑性能的影響，除溫度外，其他反應(yīng)條件如原料配比等均與實(shí)施例1相同。結(jié)果表明，提高溫度對(duì)提高電解水產(chǎn)氫性能有影響，但溫度有一個(gè)最佳值；

圖1為所制備電解水催化材料的XRD圖，從圖中可以看出磷化后仍保持不銹鋼的骨架結(jié)構(gòu)；

圖2為所制備電解水催化材料的SEM圖，從圖中可以看出催化材料呈鱗片狀結(jié)構(gòu)；

圖3和圖4分別為磷化不銹鋼電解水的HER和OER圖，由圖可見磷化后電解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧性能都明顯增強(qiáng)，產(chǎn)氫和產(chǎn)氧的過電位分別為206mv和298mv。