一种类针状Pb催化剂及其制备方法和在电催化产砷烷的应用

本发明属于材料制备，具体涉及一种类针状pb催化剂及其制备方法和在电催化产砷烷的应用。

背景技术：

1、砷烷是制造砷化镓（gaas）、磷化铟镓（ingaas）等iii-v族化合物半导体的关键气相源。随着人工智能、5g通信、激光雷达、红外面阵探测器及高速射频芯片向更高频率、更低功耗演进，对衬底外延层的晶格质量与掺杂陡峭度提出了原子级要求。砷烷的纯度与输送稳定性直接决定了器件沟道中电子迁移率的极限，在应用领域对其纯度要求在6n或7n以上。

2、目前，砷烷制备的方式还是以传统的热化学为主，通过砷合金与酸进行反应，产生砷烷，然而该过程会产生大量的危废，使得成本过高，同时热化学也面临反应过程不易控制的问题，砷烷作为一种毒性气体，过程控制及其重要。因此，开发一种新型技术用于高效、安全且低成本的进行砷烷制备具有重大意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种类针状pb催化剂的制备及其在电催化产砷烷中的应用，本发明催化剂的制备过程简单，制备的催化剂具有良好的电催化砷烷产量及稳定性，在电解法制备砷烷领域有着广泛的应用前景。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种类针状pb催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、1）将pb皮进行清洗预处理，为针状pb结构提供生长基底；

5、2）将清洗后的pb皮进行预热处理，以得到一层薄的氧化层，为后续阳极氧化纳米结构的优先形核提供位点；

6、3）将pb皮电极作为阳极置于单槽电解槽中，并设置阴极对电极，以含有形貌调控剂的碱性电解液作为电解液，进行电解，在pb皮电极上生长针状pb结构；

7、4）将步骤3）反应后的pb皮电极用去离子水进行冲洗，之后进行真空干燥，即得到最终的类针状pb催化剂。

8、进一步地，步骤1）中，pb皮的厚度选取0.01~1 mm，优选为0.1 mm；所述清洗预处理，是依次通过有机溶剂、酸及去离子水进行清洗，以去除表面的原生氧化层及有机物污染层。

9、进一步地，所述有机溶剂为乙醇、甲醇和二氯甲烷中的一种或几种，优选为乙醇，酸洗的酸种类选择硫酸、盐酸或者硝酸，优选为盐酸，浓度为5~15 m，优选为11 m。

10、进一步地，步骤2）中，将清洗后的pb皮置于马弗炉中进行预热，以1~10 ℃/min的速率升温至100~300 ℃，之后恒温保持3~8 h，预热升温速率优选为3~5 ℃/min，预热恒温温度优选为150-275 ℃。

11、进一步地，步骤3）中，碱性电解液的电解质选用氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠，优选为氢氧化钠，在碱性电解液中的浓度为0.05~1 m，优选为0.1 m；形貌调控剂选择硅酸钠、酒石酸钠或柠檬酸钠，优选为硅酸钠，在碱性电解液中的浓度为0.01~0.1 m，优选为0.05m，使得表面pb可优先形成针状结构。

12、进一步地，步骤4）中，阴极为pt/c、pt片或者ni网，优选为pt片，使用直流电源进行通电，电流密度为10~200 ma/cm2，优选为50-100 ma/cm2，电解时间为1~5 h，优选为3 h。

13、本发明还公开了所述的一种类针状pb催化剂在电催化产砷烷中的应用，电催化产砷烷的反应在一个h型电解槽中进行，由质子交换膜分隔为阴极室和阳极室，阳极为商业的iro2/c催化剂，阴极为所述类针状pb催化剂，以碱性溶液为电解液，且阴极室内的电解液中添加有氧化砷，进行电化学产砷烷。

14、进一步地，进行电化学产砷烷，碱性溶液为0.05-0.2m naoh溶液。

15、本发明的类针状pb催化剂，与现有的催化剂相比，有以下有益效果：

16、本发明的一种类针状pb催化剂的制备方法，其制备过程简单，本发明实施例中制备的催化剂具有类针状结构，为反应物的吸附提供了较大的比表面积，本催化剂中不涉及贵金属活性组分，成本较低，作为阴极催化剂不易进行脱落，也不存在重金属污染的问题，同时具有良好的催化重水电解制备氘气的性能。

17、2）本发明的催化剂，通过电化学性能测试，表现出了良好的电催化产砷烷性能及稳定性，具有较大的应用潜力。

1.一种类针状pb催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种类针状pb催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，pb皮的厚度选取0.01~1 mm，优选为0.1 mm；所述清洗预处理，是依次通过有机溶剂、酸及去离子水进行清洗，以去除表面的原生氧化层及有机物污染层。

3.如权利要求2所述的一种类针状pb催化剂的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为乙醇、甲醇和二氯甲烷中的一种或几种，优选为乙醇，酸洗的酸种类选择硫酸、盐酸或者硝酸，优选为盐酸，浓度为5~15 m，优选为11 m。

4. 如权利要求1所述的一种类针状pb催化剂的制备方法，其特征在于步骤2）中，将清洗后的pb皮置于马弗炉中进行预热，以1~10 ℃/min的速率升温至100~300 ℃，之后恒温保持3~8 h，预热升温速率优选为3~5 ℃/min，预热恒温温度优选为150-275 ℃。

5. 如权利要求1所述的一种类针状pb催化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中，碱性电解液的电解质选用氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠，优选为氢氧化钠，在碱性电解液中的浓度为0.05~1 m，优选为0.1 m；形貌调控剂选择硅酸钠、酒石酸钠或柠檬酸钠，优选为硅酸钠，在碱性电解液中的浓度为0.01~0.1 m，优选为0.05 m，使得表面pb可优先形成针状结构。

6. 如权利要求1所述的一种类针状pb催化剂的制备，其特征在于步骤4）中，阴极为pt/c、pt片或者ni网，优选为pt片，使用直流电源进行通电，电流密度为10~200 ma/cm2，优选为50-100 ma/cm2，电解时间为1~5 h，优选为3 h。

7.如权利要求1-6任一所述方法制备的一种类针状pb催化剂。

8.如权利要求7所述的一种类针状pb催化剂在电催化产砷烷中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于电催化产砷烷的反应在一个h型电解槽中进行，由质子交换膜分隔为阴极室和阳极室，阳极为商业的iro2/c催化剂，阴极为所述类针状pb催化剂，以碱性溶液为电解液，且阴极室内的电解液中添加有氧化砷，进行电化学产砷烷。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于进行电化学产砷烷，碱性溶液为0.05-0.2mnaoh溶液。