【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于納米材料制備和應用，具體涉及一種過渡金屬磷化物催化劑及其制備方法與應用。
技術介紹
1、氫氣作為一種高能量密度、環境友好的能源，被認為是替代傳統常規能源的理想能源。以可再生能源為動力的電催化水分解技術；因其操作條件溫和、操作簡單而成為一種極具吸引力的生產高純度氫氣的技術。然而，由于存在復雜和緩慢的析氧反應過程，該方法需要較高的電解電壓，限制了其實際應用。為了降低能源消耗，研究人員長期致力于開發高催化性能的電催化劑。盡管如此，包括ruo2和iro2在內的貴金屬基材料仍被認為是先進的析氧反應催化劑，但是有限的儲量和高昂的價格不利于其產業化。因此，開發廉價、高催化活性和穩定性的催化劑是非常必要的。
2、為了突破傳統電解水體系中陽極的熱力學能壘，將熱力學電位低的小分子(如尿素、肼、醛類)的電催化氧化反應替代析氧反應，與析氫反應耦合構建混合式電解水體系這一難題的有效策略。其中，硫離子電催化氧化反應與上述氧化反應相比具有更低的理論熱力學氧化電位，可以通過替代析氧反應顯著降低電解體系的電能消耗；另一方面，硫離子是印染、造紙、印刷等行業常見的有毒物質，對生態環境和人體健康具有一定的危害。與工業上的廣泛使用的克勞斯法硫回收工藝相比，電催化硫離子氧化反應不僅可以在不添加氧化劑的情況下將硫離子轉化為有價值的硫物種，而且還可通過將析氫反應與硫離子氧化反應在混合電解水體系中耦合實現低能耗產氫過程，而目前探索具有雙功能析氫反應和硫離子氧化反應催化劑的相關研究仍然非常有限。有鑒于此，本專利技術提供了一種過渡金屬磷化物催化劑，該催化劑
技術實現思路
1、解決的技術問題：
2、本申請針對現有技術存在的不足，解決了目前析氧反應動力學緩慢引起的整體電解水效率低、磷化鎳(ni2p)催化劑的析氫反應和硫氧化反應活性不高等問題，提供了一種過渡金屬釩摻雜磷化鎳(v-ni2p)催化劑，該催化劑具有出色的催化性能，能夠在兩電極硫離子氧化耦合制氫體系中實現高效節能產氫和硫離子升級回收。
3、技術方案：
4、為實現上述目的，本申請通過以下技術方案予以實現：
5、一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：
6、步驟1：按摩爾份數配比將金屬鎳鹽10份、金屬釩鹽0.5-5份、尿素30-100份和氟化銨20-50份溶解于去離子水中制得均一溶液；
7、步驟2：將均一溶液轉移至反應釜中，加入預處理后的金屬泡沫載體，將反應釜密封放置于鼓風干燥箱中，利用水熱反應制備鎳釩氫氧化物納米片前驅體；
8、步驟3：按質量份數配比將鎳釩氫氧化物前驅體1份和磷源5-20份分別放置于石英舟下游和上游，放入反應爐中；
9、步驟4：在惰性氣體保護下反應爐以升溫速率2-5℃/min升溫至280-350℃，保溫1-4小時，制得釩摻雜磷化鎳催化劑即過渡金屬磷化物催化劑。
10、進一步地，所述步驟1中金屬鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳，金屬釩鹽為氯化釩。
11、進一步地，所述步驟2中水熱反應溫度和反應時間分別為100-150℃和4-12小時。
12、進一步地，所述步驟2中金屬泡沫為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈷、泡沫鈦、鈦網中的一種或幾種。
13、進一步地，所述步驟2中金屬泡沫的預處理方法為用0.5mmol/l鹽酸處理。
14、進一步地，所述步驟3中所用磷源為次磷酸鈉。
15、進一步地，所述步驟4中惰性氣體為氮氣或氬氣。
16、一種上述任一制備方法制得的過渡金屬磷化物催化劑，所述催化劑以金屬泡沫為載體，載體表面生長形貌均一的磷化物納米片。
17、本申請還公開了上述任一制備方法制得的過渡金屬磷化物催化劑在電催化析氫反應、析氧反應、硫離子氧化反應、兩電極全電解水反應和硫離子氧化耦合制氫中的應用，所述過渡金屬磷化物催化劑作為電催化反應的催化劑和硫離子氧化耦合制氫體系的陽極和陰極。
18、進一步地，所述硫離子氧化耦合制氫后的電解液中加入2mmol/l硫酸，將產生的沉淀物進行分離、洗滌和干燥，得到單質硫產物。
19、有益效果：
20、本申請提供了一種過渡金屬磷化物催化劑及其制備方法與應用，與現有技術相比，具備以下有益效果：
21、1.該申請制備的v-ni2p催化劑利用金屬v摻雜和催化劑納米片形貌，可以調控催化劑的電子結構和暴露豐富的催化活性位點，提高本征催化活性、催化性能和催化過程中的物質轉移速率；
22、2.該申請制備的v-ni2p催化劑在堿性電解液中顯示了較好的電催化析氫反應、硫離子氧化反應、全分解水反應和硫離子氧化耦合制氫性能，解決了電解水制氫過程所需電壓高的難題；
23、3.該申請制備的v-ni2p催化劑應用于兩電極硫離子氧化耦合制氫體系時，在低電解電壓0.389和0.834v驅動下分別可輸出10和300macm-2的電流密度，所需電壓低于傳統電解水制氫體系的電壓，實現了高效節能產氫和硫離子氧化升級為高附加值的單質硫產物的目標；
24、4.該申請的制備方法具有操作簡單、原材料成本低、易于批量合成等優點，可替代價格昂貴的貴金屬基催化劑、加快電解水制氫工業應用。
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1.一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟1中金屬鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳，金屬釩鹽為氯化釩。
3.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中水熱反應溫度和反應時間分別為100-150℃和4-12小時。
4.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中金屬泡沫為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈷、泡沫鈦、鈦網中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中金屬泡沫的預處理方法為用0.5mmol/L鹽酸處理。
6.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟3中所用磷源為次磷酸鈉。
7.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟4中惰性氣體為氮氣或氬氣。
8.一種權利要求1-7任一制備方法制得的過渡金屬磷化物催化劑，其特征在于：
9.一種權利要求1-7任一制備方法制得的過渡金屬磷化物催化劑在電催化析氫反應、析氧反應、硫離子氧化反應、兩電極全電解水反應或硫離子氧化耦合制氫中的應用，其特征在于：所述過渡金屬磷化物催化劑作為電催化反應的催化劑和硫離子氧化耦合制氫體系的陽極和陰極。
10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于：所述硫離子氧化耦合制氫后的電解液中加入2mmol/L的硫酸后，將產生的沉淀物進行分離、洗滌和干燥，得到單質硫產物。
...【技術特征摘要】
1.一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟1中金屬鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳，金屬釩鹽為氯化釩。
3.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中水熱反應溫度和反應時間分別為100-150℃和4-12小時。
4.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中金屬泡沫為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈷、泡沫鈦、鈦網中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2中金屬泡沫的預處理方法為用0.5mmol/l鹽酸處理。
6.根據權利要求1所述一種過渡金屬磷化物催化劑的制備方法，其...
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