[发明专利]一种双金属氮化物Co3

说明书

本发明公开了一种双金属氮化物Co₃W₃N及其制备方法与应用，该Co₃W₃N通过将等摩尔比的钴盐和钨盐采用水热反应后，氮化合成制得；其应用于电化学催化领域。本发明的双金属氮化物Co₃W₃N为金属间充型化合物，兼具共价化合物、离子晶体和过渡金属的性质，不仅氧还原催化活性、氮还原催化活性高，催化活性接近商业Pt/C，且物相纯，稳定性强，耐甲醇性能优；同时其制法简单，有效、可控，操作方便，成本低廉，产量大，能够有效避免双金属氮化物受热分解以形成金属单质和金属氮化物的混合材料，从而导致循环稳定性差，颗粒容易团聚。

技术领域

本发明属于双金属氮化物领域，尤其涉及一种双金属氮化物Co₃W₃N及其制备方法与应用。

背景技术

随着全球人口的持续增长，能源、环境和粮食危机日益严重，有效地利用能源和寻找新的可再生能源尤为重要。燃油汽车是目前大气污染的主要途径之一，而工业合成氨所消耗的能源又占全球总能耗的4-5％，因此需要寻求新的技术来缓解上述问题。目前具有应用前景的技术有燃料电池-氧还原(ORR)和电催化合成氨(NRR)等。然而上述的催化反应主要于以铂系为主的贵金属催化剂，铂系为主的贵金属催化剂昂贵的价格限制了上述技术的进一步发展，因此寻求一种具有高催化活性和低成本的阴极催化剂来促进ORR、NRR技术商业化。

过渡金属氮化物为金属间充型化合物，兼具共价化合物、离子晶体和过渡金属的性质[Catalysis today,2004,93:819-826]。过渡金属氮化物导电性好、耐烧结、抗腐蚀，具有成为理想催化材料的物理性能，其表面性质和催化性能类似于Pt 和Rh等贵金属元素，在氨的合成与分解、加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN) 等涉氢反应中都表现了良好的催化性能，被誉为“类铂催化剂”[J.Mater.Chem. A,2017,5,18967]。此外，过渡金属氮化物具有优异的氧还原性能，Zhong等制备的Mo₂N/C复合材料在0.5M H₂SO₄中的电子转移数为3.8，具有较高的催化选择性[Electrochem.Commun.,2006,8(5):707-712.]。目前采用的过渡金属氮化物主要为单金属氮化物，然而，相比于贵金属系的催化活性，单金属氮化物的催化活性活性较差。

因此，现亟需一种催化活性高且成本低的过渡金属氮化物材料。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种催化活性高、稳定性强且物相纯的双金属氮化物Co₃W₃N；

本发明的第二目的是提供该双金属氮化物Co₃W₃N的制备方法；

本发明的第三目的是提供该双金属氮化物的应用。

技术方案：本发明的双金属氮化物Co₃W₃N，其通过将等摩尔比的钴盐和钨盐采用水热反应后，氮化合成制得。

本发明通过水热再氮化的方法合成双金属氮化物Co₃W₃N，工艺简单，能够有效避免双金属氮化物受热分解以形成金属单质和金属氮化物的混合材料，从而导致循环稳定性差，颗粒容易团聚；且制备的双金属氮化物Co₃W₃N催化活性高，物相纯，稳定性强，耐甲醇性能优。优选的，钴盐可为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴或乙酰丙酮钴。钨盐可为钨酸钠、偏钨酸铵或六氯化钨。

本发明制备双金属氮化物Co₃W₃N的方法，包括如下步骤：