金属磷化纳米材料做电解水析氢材料的研究现状

金属磷化纳米材料做电解水析氢材料的研究现状

氢能，它被视为21世纪最具有发展潜力的清洁能源，虽然人类在200多年前就对它产生了兴趣，但直到20世纪末，中国乃至世界其他国家的科学家才对其开展广泛的研究。氢能，它拥有燃烧热值高，燃烧产物是水，并且燃烧高效、清洁、是一种理想的可再生能源；它的资源非常丰富、且易储存、能量密度也非常的高、燃烧之后的产物是水，能够循环利用、持续发展。但是，随着世界各国能源危机、环境不断的被污染、被破坏等问题的日益突出，人类就迫切希望研究一种可再生能源来解决这个矛盾，因此，电解水析氢就是在这样的背景下得到不断的研究和探讨。而金属磷化物纳米材料作为一种非金属材料，具有储量丰富、价格也比较低廉，且具有较低的析氢过电位，所以用它来做电解水析氢材料的研究是一种不错的选择。

关键词：氢能金属磷化纳米材料可再生能源电解水析氢

金属磷化纳米材料，它拥有半导体性、超导性、铁磁性及优良的催化活性等等一系列的物理、化学特性。它广泛应用于各种领域，如工业催化、电池研究材料、光电子器件等。通过大量实验研究对比发现，金属磷化纳与其他金属、金属氧化物等之间相互比较，在控制合成、相关性、活性等方面都具有很大的优势。因此，可以通过不同的制备方法，合成出结构新颖、并且性能也非常优异的金属磷化纳米材料，来研究其形状结构、还有析氢能力。

金属磷化纳米材料的合成方法包括：气相合成法、液相合成法、固相合成法三种。它的化学反应线路包括：元素直接反应法、有机溶剂中元素之间相互交换反应法、金属里面的有机分子前驱物沉淀反应方法及液相烷基消除反应法等等一系列反应方法。

下面介绍几种一维机构生长的原理，来研究金属磷化钠米材料做电解水析氢的方法。

（1）模板法：这种方法非常的简单、方便、易行。它是让目标材料按照模块的样式、形状、结构进行生长，从而获得与模板一模一样的金属磷化纳米材料结构。这种方法可以简单的分为两种：软模板法、硬模板法。比如：空心磷纳米管可作为硬的模板来提供纳米结构生长所需要的管道支撑，在非常高的温度下，气体前驱物质就在磷纳米管道内进行化学反应，从而产生所需要的金属磷化纳米物。软模板的方法，它是由表面的活性剂及聚合物分子，在不同的溶液中，按照一定的规律、有序的组成所需要的金属磷化纳米物质结构，如胶束物质等等，从而起到一种模板的作用。（2）氧化物协助生长的方法：它主要是利用氧化物协助来生长金属磷化纳米线的一种方法。香港中文大学等教授利用这种方法和原理，已经做了很多非常有成效的研究。把制备的P纳米线最外面一层用磷氧化物进行覆盖、且全部被包围，当P和磷氧化物通过接触，发生一种混合反应，然后把它放置到反应炉子的高温地方，用热蒸的方法作为诱导生长的因子，从而获得磷氧化物包围的P 单晶体纳米线管等等。

（3）液体与溶液与固体生长的方法：这种方法的最大优点是：能够在低温环境中，通过溶液之间的相互反应来制备金属磷化纳米半导体材料。通过加热有机溶剂，然后利用产生的回流，金属有机氧化物与磷等非金属发生一种沉淀的化学反应，从而生成金属磷化纳米化合物。

（4）气体与液体与固体之间生长的方法：这种方法包括气体、液体与固定这三相，并且也包括液体相催化剂、固体之间相互结晶的产物、气体相之间相互反应的产物。由于固体、液体之间的界面是磷晶体生长活性非常高的区域，后续析出来的P晶体依然在这个界面不断生长，并且通过这种方法生长出来的P晶须很自然的就按照一维晶体结构来生长，因此，此种方法得到广泛应用。

通过这些方法得到的金属磷化纳晶体的结构、物相、还有纯度都是非常的好。

下面介绍用金属磷化纳米材料来做电解水析氢的过程：（1）、它主要利用有机P溶剂通过加热的方法，然后合成出金属磷化纳米棒，这种磷化纳米棒具有非常好的、性能也非常高的制氢反应电催化活性。在含有

酸性的溶液中，电流的密度大概为19毫安-1.5处，这时过电位(η21)就能够达到170毫伏，这是符合析氢反应原理的；在含有碱性的溶液之中，η19值为170毫伏。通过长期实验数据观察、以及稳定性能的测试，可以很确切的知道金属磷化纳米材料在酸性、碱性溶液之中，稳定性能都是非常的好。与之前研究出来的非金属制氢催化剂之间相互作比较，这种金属磷化纳米材料催化剂有机会在析氢这个领域得到人们的追捧。（2）、目前，科学家通过对有机P溶剂溶液加热法的全面的、系统的研究，分别探讨了能够发生反应所需要的温度、以及保持温度所需要的时间、磷的来源、溶剂等4个因子对金属磷化纳米材料的性能、形状的大概影响。最后，选用了金属磷化纳米材料作为电解水析氢的材料。（3）、科学家为了能够得到更低的制氢过电位，他们通过精心设计、并合成出来拥有比较大比表面积的金属磷化纳米线物质。这种物质通过把水进行加热反应，然后利用 NaH2PO2·H2O，在低温度下，通过磷化作用而合成出来、并且覆盖在C纸表面上的金属磷化纳米线物质。该磷化纳米材料的长度大于39微米，并且宽度在210-310纳米之间。在含有酸性的溶液之中，这种物质的起始电位为39毫伏，η19值为89毫伏，塔菲尔的斜率为59.2mv/dec。金属磷化纳米材料在含有酸性的溶液中，稳定性非常之好。与之前媒体广泛报道的非金属制氢催化剂技术之间相互比较，这种催化剂的应用前景是非常可喜的。

氢能，它作为一种可再生的能源，得到了全球的广泛关注。但是，在现阶段的许多析氢技术之中，因电解水析氢的操作非常之简单、并且成本也非常的低廉、具有环保无污染等一系列的优点，因此，这种析氢技术被人们认为是最具有发展潜力的。高效的、快速的制氢电极材料，它应该是具有良好的导电性能、析氢过电位也要低、电催化活性也要非常的高、抗腐蚀性也要非常的强等一系列特性。就现阶段而言，科学家发现金属磷化纳米材料是非常好的电催化制氢材料，但是，由于其非常稀缺、且成本也比较贵，故制约了其商业上的大量应用，这就迫切希望科学家来研究、开发新的且价格便宜、催化活性也非常高的电催化剂。

参考文献：【1】张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构，科学出版社，北京，2002.

【2】N．N．Greenwood，A.E.Earnshaw,Chemistry of the Elements, Pergamon Press, New York,1992.

【3】M.S．Dressedihaus，G.Dresselhaus，R.Saito，A.Jorio，Phys。Rep，2007,321,12

【4】S.Kumar，Tnann，Small 2007 ，42 ，2213.