[發(fā)明專利]一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011077540.1
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112195440B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬冠水;汪愛英;陳仁德;李昊;王振玉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;C23C14/46;C25B1/04;C25B11/031;C25B11/091
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。所述泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料包括泡沫鎳以及負(fù)載于所述泡沫鎳表面的氮化鎳，所述泡沫鎳具有三維多孔結(jié)構(gòu)，所述氮化鎳呈山峰狀結(jié)構(gòu)，所述氮化鎳包括Ni₃N及Ni₄N。本發(fā)明采用磁控濺射復(fù)合離子束技術(shù)，在三維多孔泡沫鎳基體上制備“山峰”狀的氮化鎳，大大的增加了析氫反應(yīng)中與溶液的接觸面積；同時制備的氮化鎳中鎳原子與氮原子的結(jié)合明顯增強，而且大大豐富了析氫反應(yīng)時鎳的活性位點，同時本發(fā)明制備的泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料具有較好的穩(wěn)定性；另外本發(fā)明提供的制備工藝簡單，工藝成本低廉，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)和電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

人類的文明發(fā)展是從利用火開始的，其發(fā)展進(jìn)程就是利用化學(xué)能的技術(shù)進(jìn)步史。石油、煤、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料的大量使用，已經(jīng)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和全球變暖問題。人類對于能源的利用方式和利用系統(tǒng)的更替，推動著新能源體系的到來，而在新能源體系中，氫氣作為一種清潔、高效、可持續(xù)的能源載體，而且對于環(huán)境無污染、零排放，被認(rèn)為是未來能源供應(yīng)的理想選擇。由于地球上具有豐富的水資源，在眾多制氫方法中，電解水制氫的方法憑借其原料豐富、產(chǎn)物純度高、零排放等顯著優(yōu)點，深得科學(xué)研究者的青睞。在電解水制氫中，電極的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計及制備工藝的優(yōu)化一直是電解水制氫的關(guān)鍵，對電極成本的降低、催化劑利用率的提高以及電解能耗的減少起到非常重要的作用。目前研究表明，貴金屬Pt表面的氫吸附自由能(ΔG_H*)接近為零，是最好的析氫電催化劑，但是由于價格昂貴、成本高和儲量低等因素極大地阻礙了Pt基催化劑的商業(yè)化應(yīng)用。因此，開發(fā)低成本、低過電位、長期穩(wěn)定性好的非貴金屬催化劑材料對于電解水制取氫氣至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料，其包括泡沫鎳以及負(fù)載于所述泡沫鎳表面的氮化鎳，所述泡沫鎳具有三維多孔結(jié)構(gòu)，所述氮化鎳呈山峰狀結(jié)構(gòu)，所述氮化鎳包括Ni₃N及Ni₄N。

本發(fā)明實施例還提供了一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料的制備方法，其包括：

提供泡沫鎳作為基體；

采用磁控濺射復(fù)合離子束技術(shù)，以惰性氣體和氮氣為工作氣體，以鎳為靶材，在所述基體表面沉積氮化鎳，從而制得泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料，所述氮化鎳包括Ni₃N及Ni₄N。

本發(fā)明實施例還提供了前述方法制備的泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料。

本發(fā)明實施例還提供了前述的泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料于制備析氫電催化劑中的用途。

本發(fā)明實施例還提供了一種泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合電極，其至少包括前述的泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料。

本發(fā)明實施例還提供了前述的泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合電極于電催化析氫反應(yīng)中的用途。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明利用過渡金屬鎳與氮氣有效相結(jié)合，制備得到泡沫鎳/氮化鎳復(fù)合材料，利用氮氣提供氮元素原料來源豐富，價格低廉，大大的降低了制備成本；同時本發(fā)明制備的泡沫鎳/氮化鎳電極具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，恒電位極化120h仍然可以保持良好的形貌；

(2)本發(fā)明采用磁控濺射復(fù)合離子束技術(shù)，操作簡單，工藝簡便，適合大規(guī)模制備泡沫鎳/氮化鎳電極用于工業(yè)生產(chǎn)氫氣；