过渡金属磷化物的改性方法及其在电化学析氢中的应用

过渡金属磷化物催化活性高、稳定性好，是电催化析氢的良好催化剂。然而，实现过渡金属磷化物在电解水制氢领域的大规模应用，还需要进一步提升其催化性能。本文以过渡金属磷化物的组成变化为出发点，从金属/磷（M/P）化学计量比的角度对过渡金属磷化物的性能进行了总结，介绍了其常见的制备方法，详细综述了元素掺杂、构造缺陷、构建界面工程、耦合炭材料、调控微观结构、改善材料浸润性等改性方法对过渡金属磷化物电催化制氢性能的影响。最后在新型磷源的开发、测试标准化、晶面调控等方面对过渡金属磷化物的发展趋势进行了展望。     

非贵金属光催化制氢材料研发成功

正中国科学技术大学化学与材料科学学院杜平武教授课题组设计制备出具有高转化率的非贵金属光催化制氢材料,表现出优越的人工光合成制氢性能和稳定性。该研究成果以封面标题形式9月1日发表在英国皇家化学学会旗下著名国际学术期刊《能源与环境科学》上。该研究组此前研究发现,过渡金属磷化物作为助催化剂有着很好的光催化产氢的性质,将磷化亚铜、磷化钼等磷化     

电解水制氢催化剂获突破 具备应用前景

<正>近日,中国科学技术大学的科研人员合作研制出一种高性能低成本的新型三元纳米片电催化剂,展现出工业级的优异电解水制氢潜能。科研人员采用电化学沉积和固相磷化两步反应,设计并成功制备了镍掺杂的磷化钴三元纳米片电催化剂,在中性条件下同时展现出优异的水还原和氧化电催化活性和稳定性。实验人员将这种三元材料作为中性水全分解电解池的阴极和阳极,发现其性能优于以商业贵金属材料作为电极制备的电解池,展现出工业级电解水制氢的潜能。这项工作为发展廉价三元过渡金属磷化物作为电极,用于中性水电解制氢提     

Ni_2P催化剂的合成及其电解水制氢性能研究

通过次磷酸盐还原法制备磷化镍催化剂,考察了不同Ni/P摩尔比、烧结温度制备的磷化镍催化剂对电催化分解水产氢性能的影响。结果表明,磷化镍产物的结构组成以Ni_2P为主,不同Ni/P摩尔比(1∶2～1∶6)对Ni_2P电催化分解水产氢的性能有重要影响,呈现先增后减的趋势,当Ni/P摩尔比为1∶4时Ni_2P电解水产氢活性最高;此外,在250～550℃范围内,随着烧结温度的升高,Ni_2P电解水产氢的性能呈递减的趋势。     

过渡金属磷化物的结构、性质及制备方法

由于过渡金属磷化物的特殊结构,使其具有类似于贵金属的性质,被人们称为"准铂催化剂",且具有高的活性,高的稳定性和抗硫中毒等性能,在催化加氢、脱硫、脱氮、光催化等方面表现出了比商业用催化剂更好的性能,近年来成为新的研究热点。本文综述了过渡金属磷化物的结构、性质及制备方法,重点介绍了过渡金属磷化物的不同制备方法。     

过渡金属磷化物催化剂综述

过渡金属磷化物催化剂具有特殊的晶体结构,在催化加氢脱硫、加氢脱氮及电化学制氢反应中具有优异的催化活性。主要简述过渡金属磷化物催化剂的结构、制备方法和应用。多金属、复合多功能型过渡金属磷化物催化剂将在催化制氢反应中受到更多的关注。     

Cu0.8Ga0.4In0.4Zn0.4S2固溶体合成及其光催化分解纯水应用研究

本文以熔盐法制备了铜镓铟锌硫固溶体材料。利用X射线粉末衍射光谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高角环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)对铜镓铟锌硫材料的晶体结构和形貌进行详细表征。进一步利用光沉积方法在该材料表面负载磷化镍后,铜镓铟锌硫/磷化镍体系能够光催化分解纯水产氢,其可见光驱动产氢速率可达5.24 mmol·h~(-1)。     

金属磷化物电催化产氢的研究进展

氢气被认为是能替代传统化石燃料的一种新型能源,因此众多研究者试图寻找一种绿色方便的制氢技术,其中电解水产氢受到广泛关注,而电解水使用的催化剂是一些贵金属催化剂(Pt、Pd等),这就极大的增加电解水技术的成本,因此需要开发一种非贵金属催化剂。最近,过渡金属磷化物被认为是高活性、耐久性、高稳定性可替代贵金属的高性能催化剂,本文主要总结了金属磷化物作为电催化剂在电解水中的研究进展、趋势和挑战。     

NiCuP负载泡沫铜催化剂的制备及性能研究

氢气作为新能源被广泛利用，电解水制氢是未来氢能源利用最具潜力的手段，因此开发具有低过电位、高活性和稳定性的电催化剂来提升电解水体系的转化效率是制备氢能的关键。采用水热法制备NiCuP负载泡沫铜催化剂，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电化学工作站对复合催化剂进行物相结构、微观形貌及电化学催化性能表征。结果表明：在140℃，水热合成18 h制备出晶粒分布均匀的三维树枝状催化剂，催化剂主要由晶态金属镍、晶态Ni₂P、晶态Cu₃P构成。对NiCuP负载泡沫铜电极进行电化学分析，当电流密度为10 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为144 mV；在电流密度为100 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为254 mV，均比空白电极低，表明NiCuP基催化剂具有一定的催化活性。三维树枝状形貌NiCuP负载泡沫铜复合催化剂的形成增加了活性位点数，大大提高了析氢效率。     

噻吩基硫化物催化加氢脱硫研究进展

综述了噻吩基硫化物加氢脱硫的反应特点,以及硫化钼基脱硫催化剂、氮化物催化剂和过渡金属磷化物催化剂的加氢脱硫性能。指出过渡金属磷化物催化剂的制备、组成、加氢脱氮(HDN)和加氢脱硫(HDS)活性的系统研究是一个新的领域。     

多孔碳材料的制备及其金属磷化物氧还原性能研究

多孔碳材料及其金属磷化物在电催化氧还原反应中具有广阔的应用前景。以三聚氰胺为碳源和氮源，磷酸氢二铵为磷源，制备具有超高比表面积的氮、磷共掺杂的中空碳纳米壳，通过调节磷源实现了多孔高比表面碳材料的制备。将三聚氰胺、磷酸氢二铵和铁前驱体复合，制备氮、磷共掺杂的石墨碳包裹的磷化铁纳米颗粒。石墨碳层和磷化铁之间存在电子相互作用，内部的磷化铁向外层石墨碳转移电子，这种界面相互作用大大提高了催化剂氧还原（ORR）活性，半波电位高达0.9 V。同时，包裹的碳层起到保护磷化铁（FeP）免受氧化和溶解的作用，催化剂表现出较好的稳定性。     

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe₂B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni（OH）₂·2H₂O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe₂B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。     

高硫原油中硫化物的脱除工艺及脱硫剂

负载型过渡金属磷化物馏分油深度加氢脱硫催化剂制备方法属于新材料、石油炼制和石油化工技术领域。是采用一种新型的载体材料担载金属活性组分，并用一种新的活化方法合成表面金属磷化物，制备石油炼制工业中所用汽油、煤油、柴油、蜡油等馏分油深度加氢脱硫催化剂的方法，新型载体材料是指由中孔分子筛与多孔氧化物构成的复合载体，该方法制备出了高活性的加氢脱硫催化剂。有益效果是，可将石油馏分油中最难脱除的二苯并噻吩及其衍生物几乎全部转化。主要用于制造炼油加氢精制催化剂和石油化工生产中原料预精制加氢脱硫催化剂。     

焦磷酸铜光催化分解水产氢性能研究

以焦磷酸铜为初始催化剂、荧光素为光敏剂、三乙醇胺为牺牲剂，建立可见光照射下焦磷酸铜光催化分解水产氢体系。通过单因素试验和正交试验探究了不同的光敏剂用量、催化剂用量、牺牲剂用量等因素对焦磷酸铜光催化分解水产氢性能的影响。用气相色谱仪对其产氢量进行测定，结果表明在使用10 mg荧光素、2 mg焦磷酸铜、0.5 mL的三乙醇胺的实验条件下，焦磷酸铜的光催化分解水体系在反应20 h能产氢6.86 mL。以焦磷酸铜为催化剂建立光催化分解水产氢体系，实验操作简单，成本相对较低，稳定性较高。     

镍基磷化物复合材料在催化电解水析氢性能提升方面的研究进展

镍基磷化合物因其自身的类氢化酶电子结构和其出色的稳定性被证明具有良好的电解水析氢能力。单金属磷化物因其本征活性不足、导电性不高及稳定性较差等问题,使其在实际应用上受到了限制。综述了结构新颖、性能优异和稳定性高的镍基磷化物复合材料的研究进展,总结和分析了通过杂原子掺杂、形貌调控、结合自支撑材料和复合新型材料（碳纳米管、石墨烯、石墨炔、二维材料MXene）等方式在调控催化材料的电子结构、微观形貌、促进长时间电解稳定性、增大比表面积和提高导电性方面提升电解水析氢性能的研究成果。为探索催化活性高和结构稳定兼备的新型镍基磷化物复合材料提供研究方向。     

磷化钴材料在电化学能源领域的研究进展

当今时代,人类社会的发展日益依赖巨量的能源,这与不可再生资源有限的储量相矛盾,发展绿色清洁、高效可持续的可再生能源和能源利用技术迫在眉睫。磷化钴材料作为过渡金属磷化物的重要一员,由于其对氢的优异吸/脱附性能和特殊的晶体结构,广泛应用于电解水、超级电容器和二次电池等电化学能量储存与转化领域。然而目前磷化钴材料的应用还存在很多缺陷,在电解水反应中活性组分易分解,结构稳定性差;在超级电容器使用中活性位点暴露不足、电导率偏低;作为锂/钠离子电池电极材料在充放电过程中存在巨大的体积变化而导致循环稳定性降低等。本文对磷化钴的晶体结构、制备方法及改良方法作了总结,对其应用于电解水、超级电容器和锂/钠离子电池的生效机理和发展近况进行概述。最后提出了存在的问题和未来的发展方向。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

多层级孔结构氮掺杂硫化镍的电化学制备及高效产氢研究

利用简易方法制备同时具有丰富活性位点和优异本征活性的硫化镍电催化剂以实现高效电解水产氢对于可持续的氢能经济至关重要。利用简单两步电化学沉积法在泡沫镍基底上构建出一种新型的具有多层级孔结构的氮掺杂硫化镍电催化剂(Ni-S-N/Ni/NF)。该Ni-S-N/Ni/NF催化剂不仅拥有大量活性位点并且展现出增强的本征活性，在1 mol·L^-1氢氧化钾电解液中表现出优异的析氢性能，仅需84 mV过电位即可实现10 mA·cm^-2的电流密度。该工作有望为高性能硫化镍催化剂的制备提供有益借鉴。     

镍基磷化物在碱性电解水析氢反应中的研究进展

主要对镍基磷化物析氢反应的催化机理和活性来源进行了探究,介绍了在不同电解液环境中的析氢反应机理以及Tafel斜率与反应过程中动力学的关系,并阐述了P原子的引入以及磷化程度对镍基磷化物活性位点和吸附能的影响;概括了镍基磷化物常见的合成方法和磷源,以及对形貌调控、掺杂、界面工程等不同改性方法进行了论述,深入分析了镍基磷化物改性后具有良好析氢性能的原因,最后根据镍基磷化物目前在析氢反应中存在的问题提出了发展方向。     

负载型磷化镍催化剂的制备及其催化应用

综述了近年来负载型磷化镍催化剂在制备方法(还原法、热解法和溶剂热法)、活性组分和载体改性及其催化应用方面的研究进展,并对比了各种制备方法的优缺点,其中还原法流程简单,但所用温度较高,时间较长;热解法所需温度较低,制备过程简单,但易于生成副产物水;而溶剂热法具有所需温度低,物相形成过程易控制等优点。负载型磷化镍催化剂由于其良好的加氢氢解及烷烃临氢异构化等反应性能,是一类更加廉价的新型催化剂,具有很好的发展前景。