一种含氮空位的Ni3N-泡沫镍材料的制备方法及应用与流程

本发明涉及纳米材料及能源，具体而言，涉及一种含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、可再生能源驱动的电解海水制氢被认为是绿色、可持续制氢的较有前途的方式。特别是电解海水全水分解技术，满足高环保性和高效性，被认为是实现这种可持续制氢的最优方案之一。考虑到碱性电解槽的潜在应用价值，碱性全解海水制氢技术是值得关注的。由于水分解分为析氢反应(her)和析氧反应(oer)两个半反应，通常采用两种类型的催化剂克服各半反应过电势生成氢气和氧气。对于阳极反应，因为oer反应需要克服较高的活化能垒而继续寻找它的替代反应，尿素氧化反应(uor)因其成本低、无毒、热力学势小等特点而备受关注，被认为是阳极反应的理想候选反应。贵金属钌、铂等能有效催化uor反应，但成本高、储量低、长期稳定性差，严重阻碍了其实际应用。为了实现大规模工业化，过渡金属基电催化剂因其成本低、性能优异、来源广泛等优点而受到人们的特别关注。鉴于以上原因，本发明拟提供一种氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法及应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法及应用，本发明方法制备过程简单、用时短，在碱性溶液中实现了尿素辅助电解海水制氢，含氮空位的ni3n/泡沫镍材料可以在低电压下电催化析出氢气。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将六水合硝酸镍、尿素和氟化铵溶于水中，加入泡沫镍nf，置于反应釜中进行反应，产物经过洗涤、干燥，得到ni(oh)2/nf前驱体；

5、2)将步骤1)所得ni(oh)2/nf前驱体置于管式炉中，采用氮化工艺煅烧形成ni3n/nf前驱体；

6、3)将ni3n/nf前驱体置于硼氢化钠溶液中进行刻蚀，得到含氮空位的ni3n-泡沫镍材料ni3n(v)/nf。

7、优选地，步骤1)中所述六水合硝酸镍、尿素和氟化铵的摩尔浓度分别为0.06m、0.25m、0.10m。

8、优选地，步骤2)中所述氮化工艺为380℃煅烧3小时，煅烧气氛为氨气。

9、优选地，步骤3)中硼氢化钠的摩尔浓度为1m，刻蚀时间为30分钟。

10、优选地，步骤1)中，泡沫镍使用前进行如下清洗处理：将泡沫镍先放入1mol/l的盐酸中超声处理5min，用超纯水冲洗干净后，再将泡沫镍分别在丙酮、无水乙醇和超纯水中各超声处理5min，最后取出自然干燥。

11、另外，本申请还提供一种如上述方法制备的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料作为阳极在碱性溶液中实现尿素辅助电解海水制氢的应用。

12、本发明的有益效果如下：

13、1.本发明方法制备过程简单、用时短、效率高、反应条件温和，适于工业化生产。

14、2.本发明所制备的含氮空位的ni3n-泡沫镍呈纳米片阵列结构，比表面积较大，增加了电解质的接触面积，利于电解质的扩散，促进传质过程。

15、3.原位生长在泡沫镍载体上的含氮空位的ni3n具有更多的催化活性位点和更好的稳定性。

16、4.本发明通过用氮空位的修饰来提升海水电解制氢阳极的性能，在不以显著牺牲贵金属用量和催化剂成本的前提下，显著提高了尿素分解催化活性。

17、5.本发明方法对ni3n(v)/nf的制备可大量进行，不需要昂贵设备，可广泛用于和海水电解制氢装置中。

技术特征：

1.一种含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述六水合硝酸镍、尿素和氟化铵的摩尔浓度分别为0.06m、0.25m、0.10m。

3.根据权利要求1所述的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述氮化工艺为380℃煅烧3小时，煅烧气氛为氨气。

4.根据权利要求1所述的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中硼氢化钠的摩尔浓度为1m，刻蚀时间为30分钟。

5.根据权利要求1所述的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，泡沫镍使用前进行如下清洗处理：将泡沫镍先放入1mol/l的盐酸中超声处理5min，用超纯水冲洗干净后，再将泡沫镍分别在丙酮、无水乙醇和超纯水中各超声处理5min，最后取出自然干燥。

6.一种如权利要求1-5任一所述制备的含氮空位的ni3n-泡沫镍材料作为阳极在碱性溶液中实现尿素辅助电解海水制氢的应用。

技术总结
本发明公开了一种含氮空位的Ni<subgt;3</subgt;N‑泡沫镍材料的制备方法及应用，本发明先通过水热法制备泡沫镍负载的Ni(OH)<subgt;2</subgt;/NF纳米片阵列前驱体，进一步通过在氨气气氛下高温煅烧形成Ni<subgt;3</subgt;N/NF前驱体，而后通过硼氢化钠刻蚀得到含氮空位的Ni<subgt;3</subgt;N(V)/NF材料。作为海水电解制氢阳极用于尿素氧化(UOR)反应代替析氧(OER)反应。该合成方法成熟稳定、具有极高可重复性和可拓展性，实现了低成本、低能耗、稳定的电化学制氢，适于大规模工业电化学制氢应用。

技术研发人员：杨东江,李道浩,刁立鹏,吕逍
受保护的技术使用者：宁波汉林新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8