[发明专利]一种有机物电氧化偶联析氢的钼-镍基氮化物的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于有机物电氧化偶联析氢的钼‑镍基氮化物的制备方法，属于非贵金属电催化剂的技术领域。本发明要解决目前碱性电解水析氢催化剂价格高昂、催化能力一般及稳定性差等问题。本发明的异质结催化材料是由泡沫镍基底和钼镍双金属氮化物构成的纳米片组成。本发明方法：一、对泡沫镍基底进行预处理；二、将乙酸镍，钼酸铵，聚乙烯吡咯烷酮和尿素溶解在蒸馏水中，搅拌均匀，溶液颜色变为浅绿色，得到钼镍双金属前驱溶液；三、将上述溶液转移至水热釜中并将预先处理好的泡沫镍浸入其中，水热后溶液颜色变成蓝绿色，泡沫镍外观从银灰色变成浅绿色；四、高温氮化煅烧处理。本发明的氮化镍‑氮化钼镍/泡沫镍异质结材料具有高导电性、高传质速度、高化学稳定性的特点，并且表现出优异的有机物选择性氧化偶联析氢反应活性。

技术领域

本发明属于过渡金属间隙化合物的电催化反应领域，旨在制备钼镍基氮化物，进行电催化有机物氧化耦合析氢反应，尤其涉及一种有机物电氧化偶联析氢的钼-镍基氮化物的制备方法。

背景技术

使用清洁能源(如太阳能，风能，潮汐能等)生产清洁电进行电化学催化制氢气是众多清洁能源技术中的关键一环。通常，电化学催化制氢气来源于电催化整体水分解(全解水)，涉及析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。其中OER因其反应动力学因素对全解水产生众多限制。同时,氧气的制备方法多样，使得阳极OER产物氧气附加值很低。最重要的是，全解水生产的氢气和氧气混合有爆炸的危险。因此，当外加电位小于OER所需电位时，利用其反应过程中生成的具有氧化性能的中间体进行有机物的选择性氧化反应，以此代替OER生成具有更高附加值的氧化产物，优化电解系统是提高能源利用效率的最有效策略之一。

最近，利用生物质的选择性氧化反应(BEOR)代替OER已经成为了提高阳极反应产物附加值，同时降低与析氢偶联的整体反应电位来进一步提高析氢效率的有效手段。然而，大多数已经报道的电催化剂由于很难对阴阳两极反应同时产生催化作用而受到实际工业应用的限制。因此开发价格低廉，制备简便，催化性能高效的非贵金属双功能HER/BEOR电催化剂对于该系统的工业化应用非常理想，困难与挑战也随之而来。

在上述背景下，开发一些地球储量丰富、催化性能优良的非贵金属双功能电催化剂能很好的解决上述问题。目前，钼(Mo)和镍(Ni)由于具有上述优点而被广泛用于电催化水分解催化剂的合成。基于前人的研究与探索，将钼镍基催化剂进行改进，探索更简单高效的氮化物催化剂的合成并将其用于电催化有机物选择性氧化偶联析氢反应的工业化应用，极具创新和实用意义。

发明内容

本发明用于合成同时催化有机物选择性氧化和析氢的双功能过渡金属基氮化物催化剂，同时说明了用于制备氢气和高附加值化学品的低成本电催化剂的合成方法。

本发明的一种有机物电氧化偶联析氢的钼-镍基氮化物，本氮化物是由泡沫镍和表面粗糙的纳米片组成，由钼镍双金属合成的纳米片阵列有序地生长在泡沫镍基底上。

进一步地限定，所述纳米片厚度为60nm～80nm。

本发明的有机物电氧化偶联析氢的钼-镍基氮化物的制备方法，按下列步骤实现：

步骤一：将泡沫镍剪裁成长4cm、宽3cm、厚1.5mm，先置于丙酮中超声30分钟，充分用蒸馏水清洗后用浓度为1mol/L的盐酸溶液超声6分钟，最后用蒸馏水洗涤至洗涤液pH＝7，置于60℃烘箱中干燥8小时，得到预处理的泡沫镍；

步骤二：将一定量的钼酸铵，乙酸镍，聚乙烯吡咯烷酮和尿素溶解在80mL蒸馏水中，搅拌30分钟，溶液颜色变为浅绿色，获得双金属前驱溶液；

步骤三：将步骤二得到的双金属前驱溶液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，随后放入已经过预处理的泡沫镍，经过高温水热后生成钼-镍氧化物/泡沫镍前驱体；

步骤四：将步骤三合成的钼-镍氧化物/泡沫镍前驱体置于管式炉中进行高温煅烧处理使之充分氮化，随后自然冷却至室温，得到氮化镍-氮化钼镍/泡沫镍异质结材料。