[发明专利]一种VN/WN异质结复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种VN/WN异质结复合材料的制备方法，包括步骤一：按照质量比为(30～32)：(5～7)：(3～5)称取尿素、偏钒酸铵和二水合钨酸钠；步骤二：将上述原料机械混合后研磨，装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端各放两个炉塞；步骤三：排尽管式炉内空气，在惰性气氛下以5～10℃/min升温加热至700～900℃，保温120～180min；步骤四：保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/WN，本发明制备的VN/WN电催化剂，方法简单易行且对环境友好，适合工业化生产；本发明所提出的制备的电催化剂具有超小的过电势，在碱性介质中，10mA/cm²时，仅需要的过电势为93mV，在水裂解方面有很大的潜力。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及电催化剂的制备，具体涉及一种VN/WN异质结复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，研究人员对非贵金属催化剂十分重视，其中就包括了过渡金属氮化物。过渡金属氮化物是一种间隙化合物，具有良好的导电性、导热性和催化性能，在物理、化学和材料等领域有着广泛的应用，为探索新型电催化剂和能源存储材料提供了新思路，指引了新方向。

电解水裂解制取氢气的关键是提高电催化过程中的反应活性。虽然贵金属催化剂被证实拥有杰出的产氢性能，但其高昂的成本以及匮乏的资源抑制了它的应用。所以人们致力于研究非贵金属催化剂，目前来说，非贵金属催化剂在催化活性，催化稳定性方面与贵金属催化剂相比还有很大的差距。一般来说，通过材料的设计合成或者优化修饰材料来提高材料的催化性能。氮化钒和氮化钨，作为典型的过渡金属氮化物，有类Pt的电子结构，高导电性，高熔点，低塔菲尔斜率，良好的稳定性，低成本以及含量丰富而受到人们的青睐[Wang Y,Wang L,Tong M,et al.Co-VN Encapsulated in Bamboo-Like N-Doped CarbonNanotubes for Ultrahigh-Stability of Oxygen Reduction Reaction[J].Nanoscale,2018,10(9):4311-4319.]。单相的氮化物由于表面的自由能较高，在高温合成过程中很容易发生团聚，导致了较小的比表面积和较少的活性位点暴露，故表现出了无法令人满意的催化性能[Structure stabilization effect of configuration entropy in cubic WN.[J].Physical chemistry chemical physics:PCCP,2018.]。同时有理论研究表明，N原子掺入到金属晶格中，会改善d带态密度，同时氮的存在，会增加材料的导电性，增强产氢性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备条件简单、成本低廉、工艺过程容易操作且合成周期短的VN/WN异质结复合材料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种VN/WN异质结复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照质量比为(30～32)：(5～7)：(3～5)称取尿素、偏钒酸铵和二水合钨酸钠；

步骤二：将上述原料机械混合后研磨，装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端各放两个炉塞；

步骤三：排尽管式炉内空气，在惰性气氛下以5～10℃/min升温加热至700～900℃，保温120～180min；

步骤四：保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/WN。

本发明还具有以下技术特征：

优选的，所述的步骤二中原料混合后在研钵中研磨30min。

优选的，所述步骤二中管式炉两端的两个炉塞间隔5cm放置。