[发明专利]一种泡沫镍/氮化镍复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种泡沫镍/氮化镍复合材料及其制备方法与应用。所述泡沫镍/氮化镍复合材料包括泡沫镍以及负载于所述泡沫镍表面的氮化镍，所述泡沫镍具有三维多孔结构，所述氮化镍呈山峰状结构，所述氮化镍包括Ni₃N及Ni₄N。本发明采用磁控溅射复合离子束技术，在三维多孔泡沫镍基体上制备“山峰”状的氮化镍，大大的增加了析氢反应中与溶液的接触面积；同时制备的氮化镍中镍原子与氮原子的结合明显增强，而且大大丰富了析氢反应时镍的活性位点，同时本发明制备的泡沫镍/氮化镍复合材料具有较好的稳定性；另外本发明提供的制备工艺简单，工艺成本低廉，适合于大规模工业生产。

技术领域

本发明属于材料科学和电催化技术领域，具体涉及一种泡沫镍/氮化镍复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

人类的文明发展是从利用火开始的，其发展进程就是利用化学能的技术进步史。石油、煤、天然气等传统化石燃料的大量使用，已经带来了严重的环境污染和全球变暖问题。人类对于能源的利用方式和利用系统的更替，推动着新能源体系的到来，而在新能源体系中，氢气作为一种清洁、高效、可持续的能源载体，而且对于环境无污染、零排放，被认为是未来能源供应的理想选择。由于地球上具有丰富的水资源，在众多制氢方法中，电解水制氢的方法凭借其原料丰富、产物纯度高、零排放等显著优点，深得科学研究者的青睐。在电解水制氢中，电极的选择、结构的设计及制备工艺的优化一直是电解水制氢的关键，对电极成本的降低、催化剂利用率的提高以及电解能耗的减少起到非常重要的作用。目前研究表明，贵金属Pt表面的氢吸附自由能(ΔG_H*)接近为零，是最好的析氢电催化剂，但是由于价格昂贵、成本高和储量低等因素极大地阻碍了Pt基催化剂的商业化应用。因此，开发低成本、低过电位、长期稳定性好的非贵金属催化剂材料对于电解水制取氢气至关重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种泡沫镍/氮化镍复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种泡沫镍/氮化镍复合材料，其包括泡沫镍以及负载于所述泡沫镍表面的氮化镍，所述泡沫镍具有三维多孔结构，所述氮化镍呈山峰状结构，所述氮化镍包括Ni₃N及Ni₄N。

本发明实施例还提供了一种泡沫镍/氮化镍复合材料的制备方法，其包括：

提供泡沫镍作为基体；

采用磁控溅射复合离子束技术，以惰性气体和氮气为工作气体，以镍为靶材，在所述基体表面沉积氮化镍，从而制得泡沫镍/氮化镍复合材料，所述氮化镍包括Ni₃N及Ni₄N。

本发明实施例还提供了前述方法制备的泡沫镍/氮化镍复合材料。

本发明实施例还提供了前述的泡沫镍/氮化镍复合材料于制备析氢电催化剂中的用途。

本发明实施例还提供了一种泡沫镍/氮化镍复合电极，其至少包括前述的泡沫镍/氮化镍复合材料。

本发明实施例还提供了前述的泡沫镍/氮化镍复合电极于电催化析氢反应中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用过渡金属镍与氮气有效相结合，制备得到泡沫镍/氮化镍复合材料，利用氮气提供氮元素原料来源丰富，价格低廉，大大的降低了制备成本；同时本发明制备的泡沫镍/氮化镍电极具有优异的稳定性，恒电位极化120h仍然可以保持良好的形貌；

(2)本发明采用磁控溅射复合离子束技术，操作简单，工艺简便，适合大规模制备泡沫镍/氮化镍电极用于工业生产氢气；