[发明专利]一种负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物及其制备方法和应用。本发明采用硝酸镍以及钼酸铵分别作为镍源和钼源，以及葡萄糖作为碳源，通过水热以及高温渗碳的方法在泡沫镍表面原位生长双金属碳化物Mo₆Ni₆C。该方法操作简便，原料易得，制备成本低廉，反应周期短，并且可重复性高。这种材料在电催化分解水领域中表现出优异的析氢性能。在酸性电解质溶液中，其析氢过电位在‑51mV时，电流密度可达8～12mA cm^‑2，并可以保持稳定工作200个小时以上无明显衰减；同时，在碱性电解质溶液中，其析氢过电位在‑34mV时，电流密度也可以达到8～12mA cm^‑2，并可以保持稳定工作300个小时以上无明显衰减。本发明的负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物不仅可以直接作为电催化析氢的工作电极，同时还可以用于氯碱工业、电解水工艺、太阳能电解水制氢等领域。

技术领域

本发明属于负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物纳米材料，该材料采用水热以及高温渗碳方法制备而成，在电催化析氢方面具备优异性能，在其他能源开发和环境保护领域也具备潜在的应用价值。

背景技术

能源问题是近五十年以来人类发展所面临的十大问题之一，能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。同时，位于第四位的环境问题同样也不容小觑。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源在全球能源中依然占有举足轻重的作用，但是这些资源在地球上的储量却很有限，并且通常伴随着严重的环境污染问题。在当今世界，能源的发展，能源和环境的关系，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。在众多能源中，氢气作为一种清洁能源，具有非常高的燃烧热值，被认为是一种理想能源载体，可以高效地转变为可利用的有效能量而不带来环境问题。而电解水制氢是最有前景、最洁净的制氢方法之一，但由于析氢过电位过高导致能耗增加，所以开发具有高活性的析氢材料来提高产氢效率这一课题是目前研究前沿的热点问题。传统的可有效降低析氢过电位的理想电极材料主要为贵金属Pt，但是Pt在地球上的储藏含量很低，并且价格昂贵，无法实现大规模的推广。因此，开发和研究一种高催化活性且成本价低的析氢电极具有重要的理论意义和实用价值。

本发明中利用水热和高温渗碳的方法在泡沫镍表面原位生长镍钼基双金属碳化物Mo₆Ni₆C作为析氢电催化剂。这种材料在合成时，过程简便，原材料价格低廉且无毒、产物析氢性能好，在0.5M H₂SO₄水溶液电解质中，当其析氢过电位在-51mV时，电流密度为10mAcm^-2，并且能够保持稳定的工作状态达到200个小时以上；在1.0M KOH水溶液电解质中，当过电位为-34mV时，电流密度也可达到10mA cm^-2，并且能够保持稳定的工作状态达到300个小时以上，是一种取代贵金属析氢的较好材料。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物及其制备方法和应用，制备方法简单，成本低。所制备的纳米材料具有较低的析氢电势，具有优异的电催化析氢性能。合成过程中不需要复杂的仪器、操作简单，有利于大规模的工业应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍负载于泡沫镍的钼基双金属碳化物，所述双金属碳化物的分子式为Mo₆Ni₆C，属立方晶系，在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成棒状团簇，颗粒尺寸在30～100纳米，形状为不规则球状，棒状团簇尺度为0.5～1.5微米。

一种负载于泡沫镍的镍钼基双金属碳化物的水热以及高温渗碳方法，包括如下步骤：