[01196456]氮磷共掺杂多孔碳包覆磷化亚铜复合型催化剂及其制备方法

在全球工业化发展,化石能源日益短缺的当今社会,氢气作为一种高能量密度且清洁环保的可再生能源载体,非常符合未来全球化的能源需求从而受到了全世界范围内科学家的广泛关注。目前,成熟的商用析氢催化剂主要为贵金属材料（例如：铂等）,然而其高昂的成本及低储量严重限制了此类材料的广泛应用。 广泛应用于脱氢加硫过程的过渡金属磷化物材料由于具有良好的导电率和适中的氢吸附能以及较强的酸碱稳定性受到了催化产氢领域科研工作者的极大关注,并且在近几年已经有越来越多的此类产氢催化剂的研究报道。但是,目前绝大多数的该类析氢催化剂研究集中在铁、钴、镍、鉬等金属元素上。与之相比,铜元素是一种价格低廉,地壳储量更加丰富的过渡金属元素,但是基于铜元素的过渡金属磷化物（Cu3P）材料在该方面的研究还比较少。此外,多孔碳因其独特的多孔结构、高导电性、高比表面积以及高稳定性等优势广泛应用于催化、吸附分离及能源存储等研究领域。多孔碳材料与过渡金属磷化物纳米颗粒的复合,可进一步结合二者的双重优势,大大增强其催化性能,扩展其应用范围。同时,近几年的研究报道表明,氮、磷等杂原子在碳基质中的掺杂可以增加催化剂的活性位点,改善催化剂的导电性从而进一步提升其催化活性。 金属有机框架材料（MOFs）是近年来迅猛发展的一种金属离子和有机配体通过配位组装构筑的晶态多孔材料。由于其结构的多样性、构筑单元的可调节性以及晶态MOFs材料中各元素均匀有序分布,因此以MOFs为前驱体或自牺牲模板通过热解处理制备多孔碳基复合型材料日益受到科学家的关注。然而在已经报道的大量以各种MOFs为前驱体制备催化材料的研究中,所选用的MOF前驱体主要为：ZIF-8/ZIF-67、MOF-5、HKUST-1、MIL-101等由单一配体与金属离子组装得到的MOFs结构。因此,除了对已经报道的以各种常用MOF为前驱体制备复合型催化剂进行更加深入的研究探索之外,通过合理地选用由包含更多杂原子（如：氮、磷、硫等）的混合配体构筑的MOFs为前驱体来制备高效的复合型产氢催化剂是目前一个非常重要研究方向。 本发明的目的在于提供一种新型的氮磷共掺杂多孔碳材料包裹的磷化亚铜纳米颗粒复合型电催化产氢催化剂（简称：Cu3P@NPPC）;另一目的在于提供该催化剂的制备方法和应用。 为实现本发明成果的目的,选用由价廉易得的吡嗪和羟基乙叉二膦酸两种配体与硝酸铜构筑的氮磷双杂原子混配型铜基金属-有机框架材料（简写为：Cu-NPMOF）为前驱体制备了一种复合型电催化产氢催化剂,用于高效电解水产氢。 本项目的优点在于：该电催化析氢材料是以新型的氮磷双杂原子混配型铜基金属-有机框架材料（Cu-NPMOF）为前驱体,经过碳化、磷化所制备的氮磷共掺杂多孔碳包覆的磷化亚铜复合型催化材料为催化剂。碳基框架具有高的比表面积,与微孔、介孔、大孔并存的多级孔特性。这些结构优势可以为催化剂提供更大的接触面积,暴露更多的活性位点,提供更好的传质通道,并且结合了金属磷化物的催化优势。通过二者的有效复合进一步提升了材料的电催化活性,在电催化产氢研究领域具有重要价值和现实意义。