[发明专利]一种热分解法制备含Ni2

说明书

本发明涉及热分解法制备含Ni₂W₃N双金属氮化物复合材料的方法：以杂钨酸和有机胺反应生成的杂化物作为前驱体，在氮气和氢气混合气体中煅烧后，制得了含Ni₂W₃N的复合材料Ni₂W₃N/WN。本发明的有益效果主要体现在：(1)本发明提供了一种制备高效电解水析氢的双金属氮化物的方法，制备的双金属氮化物在酸性和碱性体系下同样具有高效的电催化活性；(2)本发明制备工艺简单、操作简便、反应温度要求较低、效率高，在工业化应用方面具有广阔的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种热分解法制备含Ni₂W₃N双金属氮化物复合材料的方法。

(二)背景技术

在目前所有的人工能源中，氢能源由于其反应产物是水，对环境无污染，是一种具有重大发展潜力的清洁能源。但是氢能大部分依然是从传统的化石燃料中制取，因此如何高效、持续的制备氢气已成为科研工作者研究的重点对象。研究出高效、稳定的催化剂来降低析氢过电位对于解决上述所提到的能源危机将具有重大指导意义。

热分解法是在高温下使得金属化合物分解生成金属单质以及其他化合物的方法，在反应中只需要控制温度、时间、气体气氛即可得到不同结构以及形貌的化合物，通过调控这些因素便可调控催化剂的析氢性能，特别是在高温条件下制备碳化物、氮化物时，这种方法非常实用。

过渡金属氮化物具有独特的物理化学性质，一方面，N原子的引入能够修饰母体金属的d轨道并让其收缩，这将会使过渡金属氮化物的电子结构和诸如铂之类的贵金属更加类似；另一方面，由于N原子的原子半径很小，它可以嵌入进晶格间隙间使金属原子紧密堆积，从而提高其电子电导率。由于N原子具有的这些改性特质，使得过渡金属氮化物被大量研究并且用于电解水制氢的应用上。诸如双金属氮化物、纳米尺寸极小的过渡金属氮化物、与碳材料复合成三维结构的过渡金属氮化物。目前国内外针对金属氮化物的研究主要集中在将单金属掺杂到各种碳化物中，但是通过杂多酸与有机胺混合后进一步煅烧即可制备出含原子级别预混合的双金属氮化物复合材料且此复合材料拥有高效的催化析氢能力。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的含Ni₂W₃N双金属氮化物复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种热分解法制备含Ni₂W₃N双金属氮化物复合材料的方法，所述方法包括：

(1)将杂多酸晶体Na₆K₄[Ni₄(H₂O)₂(PW₉O₃₄)₂]·32H₂O溶于去离子水中得到杂多酸晶体溶液，将双氰胺溶液溶于适量去离子水中得到DCA 溶液，将DCA溶液加入杂多酸晶体溶液中得到浅绿色溶液，搅拌 1～2h后置于50～60℃烘箱干燥，得到浅绿色前驱体粉末研磨后储存于干燥器中备用；

(2)将前驱体粉末平铺于瓷舟内，将瓷舟置于石英舟内，置于管式炉中进行程序升温煅烧；煅烧程序为：首先以2～3℃/min的升温速率在 N₂气氛下从室温升温至500℃并保温30～40min，再以3～5℃/min的升温速率在一定的N₂:H₂气氛下升温至750℃并保温2～3h；最后在 N₂气氛下冷却至室温，取出瓷舟收集其中的黑色粉末，即为所述含 Ni₂W₃N双金属氮化物复合材料。

步骤(1)中杂多酸晶体与双氰胺质量之比为1：1～5，优选为1：2。