一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及电催化制氢及燃料电池，具体为一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、氢能以其极高的能量密度及零碳排放的优势，成为能源转型中的核心方向。在众多的产氢技术中，电解水制氢因其清洁高效的特性而备受瞩目。在电催化制氢反应中，理想的催化剂应同时具备合适的路易斯酸位点（用于接受电子对，吸附oh⁻或极化h2o）和路易斯碱位点（用于稳定h*中间体），二者的协同作用可显著降低反应能垒。类似地，在阴离子交换膜（aem）燃料电池装置中，氢氧化反应（hor）的催化性能同样直接决定了整个系统的能量效率。理想的hor催化剂也应同时具备合适的路易斯酸位点与路易斯碱位点，以发挥同样的协同机制来降低反应能垒。由此可见，研发一种在碱性介质中兼具高效析氢反应（her）与氢氧化反应（hor）活性的双功能电催化剂，对于提升能源转化效率及降低系统成本，具有重要的科学意义和应用价值。

2、目前，在众多非贵金属候选者中，镍钼（nimo）基合金因其独特的电子结构和良好的协同效应而备受青睐。研究表明，ni能够促进水的解离，而mo则有助于优化h*的吸附，二者的结合使其在碱性体系中展现出不错的潜力。然而，nimo催化剂的活性仍不及铂，主要原因包括中间体吸附强度失衡、路易斯酸碱性不适宜，以及在高电流（高电位）条件下mo易溶出导致稳定性下降。因此，如何合理调控金属催化剂的路易斯酸度以实现优异的催化性能，仍然是当前面临的关键挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤一：高洁净基底预处理，具体包括以下步骤：

5、步骤（1）、将镍网依次用丙酮、盐酸、去离子水各超声10~30分钟，以去除表面杂质；

6、步骤（2）、将洗净的镍网真空干燥6~8小时备用；

7、步骤二：恒电流电沉积，具体包括以下步骤：

8、步骤（1）、电沉积溶液由nicl2·6h2o、nh4cl和(nh4)6mo7o24·7h2o溶解于250 ml的去离子水中配制而成；

9、步骤（2）、以清洁后的镍网为工作电极，采用双电极系统在恒定电流下进行电沉积；

10、步骤（3）、沉积结束后，将所得nimo@nm样品用去离子水充分冲洗，并于真空条件下干燥备用；

11、步骤三：还原气氛气相碘化改性，具体包括以下步骤：

12、步骤（1）、将所得nimo@nm置于瓷舟中，并移入管式炉，在气流上游加入碘单质；

13、步骤（2）、在h2/ar气氛下，于100~500℃处理2小时，最终得到i-nimo@nm。

14、进一步地，在步骤一中，所述的镍网选用20~100目的加厚编织镍网。

15、进一步地，在步骤二中，所述的nicl2·6h2o在溶液中的浓度为0.01~0.1 g ml-1；所述的nh4cl在溶液中的浓度为0.05~0.2 g ml-1；所述的（nh4)6mo7o24·7h2o在溶液中的浓度为0.001~0.01g ml-1。

16、进一步地，在步骤二中，电沉积电流范围在-1.0~-10.0a cm-2，沉积时间为500~10000s。

17、进一步地，在步骤三中，所述的氢氩混合气氛中的氢气含量为1%~10%，氩气含量为90%~99%。

18、本发明第二方面提供了一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂。

19、本发明第三方面提供了一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂应用于电解水阴极的氢析出反应以及氢氧根交换膜燃料电池阳极的氢氧化反应。

20、本发明的有益成果：本发明巧妙的将碘的原子级掺杂策略引入nimo合金体系中，碘的引入可诱导ni/mo位点呈现适度的路易斯酸性，促进水分子的吸附和活化；而碘原子自身的孤对电子可作为路易斯碱位点，优化h*的吸附强度；更重要的是，碘掺杂通过降低mo的电子云密度（减弱其作为路易斯酸接受oh⁻电子对的能力），可抑制mo的亲氧性和溶出行为，从而同时攻克活性和稳定性两大难关。从而极大地提升了整个水电解和燃料电池系统的效率，为氢能领域的发展带来了新的突破和机遇。

1.一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述的镍网选用20~100目的加厚编织镍网。

3.根据权利要求1所述一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述的nicl2·6h2o在溶液中的浓度为0.01~0.1g ml-1；所述的nh4cl在溶液中的浓度为0.05~0.2 g ml-1；所述的（nh4)6mo7o24·7h2o在溶液中的浓度为0.001~0.01g ml-1。

4.根据权利要求1所述一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤二中，电沉积电流范围在-1.0~-10.0a cm-2，沉积时间为500~10000s。

5.根据权利要求1所述一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述的氢氩混合气氛中的氢气含量为1%~10%，氩气含量为90%~99%。

6.根据权利要求1~5任一制备方法制备得到的利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂。

7.权利要求6所述的一种利用气相掺杂技术改性的非贵金属镍钼基自支撑双功能催化剂应用于电解水阴极的氢析出反应以及氢氧根交换膜燃料电池阳极的氢氧化反应。