双功能非贵金属氮化物催化剂的可控制备和大电流电解尿素制氢应用的制作方法

mv 的过电位就能驱动大电流密度500 ma/cm2析氧和尿素氧化催化性能，且在大电流处有优异的稳定性，而在国际上对既能高效析氧又能高效尿素氧化且大电流稳定的双功能催化剂报道甚少，其中uor的过电位相对oer反应降低了约130 mv，这对提高电解水制氢反应的能量效率至关重要。
4.这类非贵金属催化剂的的制备方法包括以下步骤：步骤1：裁剪泡沫基底，裁剪面积为12 mm长*6 mm宽。
5.步骤2：清洗泡沫金属基底，清洗清洗步骤如下：将衬底材料泡沫基底分别浸泡在3 m盐酸中、无水乙醇、去离子水超声洗涤10分钟，清洗完毕。
[0006] 步骤3：制备镍铁氧化物前驱体，方法如下：将0.5 g fe(no3)
3 · 9h2o充分溶解于5 ml 酒精溶液中作为前驱体溶液，用来修饰步骤2的泡沫基底，后放在空气中自然晾干。 步骤4：将步骤3得到的镍铁氧化物前驱体放在管式炉温区中心进行热氮处理，以100 sccm氨气为氮源，惰性气体氩气作为保护气体，将管式炉中心温度设置为400 ℃恒温2 h，升温速率为3 ℃/min，即可得到一次氮化ni3fen/ni3n异质结催化剂。
[0007] 步骤5 ：将步骤4中的ni3fen/ni3n异质结催化剂浸泡在步骤3中的前驱体溶液2-3 s，在室温条件下晾干，重复步骤4，得到最终的ni
x
fen /ni3n（x = 1，3） 纳米异质结催化剂。
[0008]
本发明与现有的电催化剂材料相比有以下不同特点： 1. 本发明合成了一种基于泡沫金属基底的双功能非贵金属氮化物纳米多孔异质结催化剂，制备工艺简单、操作条件温和和氮化过程易于控制和重复。
[0009] 2. 本发明的电催化剂材料ni
x
fen /ni3n（x = 1，3） 纳米异质结催化剂的优点是，采用化学气相沉积法制备出高比表面积的金属氮化物，其具有特殊的电子结构和类金属性质，在电子传导方面具有优异的能力，且得益于该纳米催化剂材料的三维介孔结构、nifen与ni3n之间的强化学键作用以及催化剂本身的高导电性，ni
x
fen /ni3n（x = 1，3） 表现出优异的oer和uor催化活性。在碱性环境下，仅需293 和162 mv的底过电位就能驱动500 ma/cm2电流密度，与商用iro2相比，该催化剂表现出优异的催化活性。
[0010]
3. 本发明的电催化剂材料ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂的优点是，该催化剂除了既能高效析氧又能高效尿素氧化外，重要的是能够在大电流保持优异的稳定性和非常强的抗腐蚀能力，这在国际甚少报道。
[0011]
附图说明 图1为本发明实施例1中最初以及1000个循环后中电催化剂材料ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）在碱性1 m koh溶液中的电流-电位极化曲线图。 图2为本发明实施例1中的电催化剂材料进行电催化析氧反应的稳定性测试。 图3为本发明实施例2中最初以及1000个循环后中电催化剂材料ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）在1 m koh 0.5 m 尿素溶液中cv的电流-电位极化曲线图。 图4为本发明实施例2中的催化剂材料在大电流1000 ma/cm2进行电催化尿素氧化反应的稳定性测试。 图5为本发明实施例1，2中的催化剂材料反应前的sem图。 图6为本发明实施例1，2中的催化剂材料反应前的xrd图。 图7为本发明实施例3中不同浓度的硝酸铁溶液前驱体所合成的析氧催化剂催化活性对比。 图8为本发明实施例3中不同浓度的硝酸铁溶液前驱体所合成的金属氮化物催化剂进行尿素氧化反应的催化活性比较。
[0012]
具体实施方式 为了更好地了解该专利的实质，以下将对本发明的上述内容做进一步的阐明，但是不应该以此来理解本发明的主要适用范围仅限于以下的实例，凡基于本
发明以上实现的技术均属于本发明的范围。 一种双功能非贵金属氮化物纳米多孔催化剂应用于大电流电解水析氧和尿素氧化反应的实例如下。 实施例1 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂的制备及其应用于1m koh环境的电催化析氧反应。 步骤1：制备镍铁氧化物前驱体，方法如下：将0.5 g fe(no3)
3 · 9h2o充分溶解于5 ml 酒精溶液中作为前驱体溶液，用来修饰干净的泡沫金属基底，后放在空气中自然晾干。 步骤2：将修饰后的泡沫基底放在管式炉温区中心进行氮化处理，以惰性气体氩气作为保护气体，以100 sccm氨气为氮源，将管式炉中心温度设置为400 ℃ 恒温2 h，升温速率为3 ℃/min，即可得到一次氮化的ni3fen/ni3n纳米异质结催化剂。 步骤3 ：将步骤2中的氮化物样品继续浸泡上述的硝酸铁溶液2-3 s，在室温条件下晾干，重复步骤2，得到最终的ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂。 电催化析氧性能主要使用美国知名品牌gamry refrence30000 或600 电化学工作站，采用标准的三电极体系（工作电极、对电极、参比电极）进行测试。其中ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂作为工作电极，hg/hgo电极为参比电极，铂丝为对电极，以1 m koh溶液为电解质溶液，电化学测试的结果如图1、图2 和图7所示。 实施例2 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂的制备以及在1 m koh 0.5 m urea环境下的电催化尿素氧化性能测试。 纳米异质结催化剂的制备过程如同实例1。 电化学尿素氧化性能主要使用美国品牌gamry reference 3000或600 电化学工作站，采用标准的三电极体系进行测试，其中 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂为工作电极，hg/hgo电极为参比电极，铂丝为对电极，电解液主要是1 m koh 0.5 m urea溶液。尿素氧化的测试结果如图3、图4 和图8所示，相应的纳米异质结催化剂的表面形貌如图5 所示，表征晶体结构和组分的x射线衍射图如图6所示。 实施例3 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂在不同硝酸铁浓度下的制备及其应用于电催化析氧和尿素氧化反应。 步骤1：制备镍铁氧化物前驱体，其方法如下，分别以0.75 g、0.5 g、0.4 gfe(no3)
3 · 9h2o充分溶于5 ml 乙醇中配比不同浓度沉底液，修饰洁净的泡沫镍基底，然后放在空气中自然晾干。重复实例1的材料生长流程，最终得到 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂。 电催化析氧性能的测试设备采用美国知名品牌gamry reference3000 或600 电化学工作站，采用标准的三电极装置进行测试。其中 ni
x
fen /ni3n（x = 1，3）纳米异质结催化剂为工作电极，进口的hg/hgo电极为参比电极，铂丝为对电极，分别在1 m koh和1 m koh 0.5 m urea电解液中测试相应的催化析氧和尿素氧化性能，测试结果如图7、8所示。以上实例描述了本发明的基本制备工艺以及催化剂的主要应用范围（电解水制氢），本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理以及制备过程，在不脱离本发明原理的范围内，本发明还会有各种各样变化以及改进，这些变化以及改进均落入本发明保护的范围内。