本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物作為雙功能催化劑的制備方法及其在電解尿素制氫的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代社會的迅猛發(fā)展導(dǎo)致全球能源消耗不斷增加，能源危機變得日益嚴峻，迫切需要開發(fā)綠色能源。氫能因其高燃燒值、環(huán)保和可再生等優(yōu)點而成為最具潛力的清潔能源之一，而電解水制氫技術(shù)被認為是最有前景的制氫方法之一。電解水制氫過程包括陰極的催化析氫反應(yīng)（her）和陽極的催化析氧反應(yīng)（oer）。然而，oer反應(yīng)具有較高的反應(yīng)能壘，制約了電解水制氫技術(shù)的發(fā)展。與oer相比，尿素氧化反應(yīng)（uor）由于具有極低的理論氧化電位，能夠有效降低能耗，同時還能分解富含尿素的廢水，減輕環(huán)境污染，因此有潛力替代oer以提高電解水制氫的效率。雖然鉑（pt）被認為是最優(yōu)秀的her電催化劑，而二氧化釕（ruo2）和二氧化銥（iro2）被認為是最有效的oer電催化劑，但由于其昂貴的價格和地球含量有限，它們的廣泛應(yīng)用受到了限制。

2、相比貴金屬催化劑，鎳基催化劑表現(xiàn)出更好的uor活性，被認為是電解尿素最優(yōu)秀的非貴金屬催化劑。泡沫鎳（nf）具有三維多孔納米結(jié)構(gòu)，無需任何粘合劑即可直接用作自支撐電極的先進納米材料。在nf上直接生長的電活性材料能夠增加活性位點的數(shù)量，促進導(dǎo)電性，并改善氣體擴散，從而提高機械穩(wěn)定性。因此，探索廉價高效的鎳基自支撐催化劑對于uor具有重要意義。

3、目前還沒有關(guān)于生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物作為雙功能催化劑的制備方法。

2、本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的鉬釩鎳復(fù)合物。

3、本發(fā)明再一目的在于提供上述方法制備的鉬釩鎳復(fù)合物在電解尿素制氫的應(yīng)用。

4、本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：

5、一種生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

6、（1）將泡沫鎳依次置于乙醇和鹽酸溶液中進行超聲處理，后經(jīng)干燥得到產(chǎn)物1；

7、（2）將鉬源、釩源和堿溶于蒸餾水中，得到溶液1；

8、（3）向溶液1中加入過硫酸銨，得到溶液2；

9、（4）將產(chǎn)物1和溶液2轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，進行水熱反應(yīng)后，得到反應(yīng)產(chǎn)物2。經(jīng)過反復(fù)洗滌和干燥處理，最終得到生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物，記作moo3/v2o5/ni(oh)2/nf，簡寫為mvn/nf。

10、在步驟（1）中，乙醇溶液的體積分數(shù)為99%，處理時間為10~15分鐘，鹽酸溶液的濃度為3~5?mol/l，處理時間為10~15分鐘，干燥溫度為60~80?℃，干燥時間為1~6小時；

11、在步驟（2）中，鉬源可以選擇鉬酸鈉、鉬酸鉀和鉬酸銨中的至少一種，并在水溶液中加入量為4.84~9.68?g/l；釩源可以選擇偏釩酸銨、偏釩酸鈉和偏釩酸鉀中的至少一種，并在水溶液中加入量為2.34~4.68?g/l；

12、在步驟（3）中，過硫酸銨的加入量在水溶液中為13.68~31.92?g/l；

13、在步驟（4）中，水熱反應(yīng)溫度為140~160?℃，干燥溫度為60~80?℃，干燥時間為1~6小時。

14、一種由上述方法制備得到的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物。

15、上述方法制備的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物作為雙功能催化劑(即陰極催化析氫，陽極降解尿素)在電解尿素制氫的應(yīng)用。

16、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及有益效果：

17、1.?本發(fā)明原材料來源豐富，成本低，可在140℃-160℃下制備，制備工藝簡單，實驗周期短，可重復(fù)性高。

18、2.?本發(fā)明制備得到的mvn/nf具有優(yōu)異的雙功能催化性能，在1?m?koh?+?0.33?murea堿性電解池中，目標(biāo)極片mvn/nf催化析氫在10?ma?cm-2的電流密度時的過電勢為81mv，而mvn/nf降解尿素只需施加1.351?v的電勢就可達到10?ma?cm-2的電流密度；并在全解尿素性能測試中，僅需1.450?v的電壓就可以實現(xiàn)10?ma?cm-2電流密度，并在經(jīng)過50?h的測試后仍具有良好的穩(wěn)定性。將mvn/nf極片制成大片電極應(yīng)用于堿性電解槽中，通過探究得到法拉第制氫效率為90.0%和尿素降解率為45.1%。

19、3.?本發(fā)明制備的mvn/nf的催化電解水活性中心在v2o5、moo3和ni(oh)2的界面缺陷上，是由納米片結(jié)構(gòu)所圍成的納米花均勻的生長在nf基底上，納米片的寬度約為500?nm，納米花結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，可以暴露出更多的活性位點，v2o5和moo3協(xié)同作用能夠有效催化氫析出反應(yīng)，而ni(oh)2能夠有效催化尿素的降解。

20、4.?本發(fā)明還公開了上述生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物作為雙功能催化劑在電解尿素制氫的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于：在步驟（1）中，乙醇溶液的體積分數(shù)為99%，處理時間為10~15分鐘，鹽酸溶液的濃度為3~5mol/l，處理時間為10~15分鐘，干燥溫度為60~80?℃，干燥時間為1~6小時。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于：在步驟（2）中，鉬源可以選擇鉬酸鈉、鉬酸鉀和鉬酸銨中的至少一種，并在水溶液中加入量為4.84~9.68?g/l；釩源可以選擇偏釩酸銨、偏釩酸鈉和偏釩酸鉀中的至少一種，并在水溶液中加入量為2.34~4.68?g/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于：在步驟（3）中，過硫酸銨的加入量在水溶液中為13.68~31.92?g/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物的制備方法，其特征在于：在步驟（4）中，水熱反應(yīng)溫度為140~160?℃，干燥溫度為60~80?℃，干燥時間為1~6小時。

6.權(quán)利要求1～5任一項所述生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物。

7.權(quán)利要求6所述的生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物作為雙功能催化劑(即陰極催化析氫，陽極降解尿素)在電解尿素制氫的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，公開了一種生長在泡沫鎳上的鉬釩鎳復(fù)合物及其制備方法與應(yīng)用。通過一步水熱法將納米花狀結(jié)構(gòu)的鉬釩鎳復(fù)合物生長在泡沫鎳上（MVN/NF），將MVN/NF作為陰極和陽極，在含0.33M?Urea的1M?KOH電解液進行全解尿素性能測試，電流密度達到10?mA?cm?2時，電壓僅為1.45V。這歸因于鉬釩鎳復(fù)合物的豐富的異質(zhì)結(jié)界面、電子協(xié)同效應(yīng)以及NF的高比表面積暴露出高活性位點，并在經(jīng)過50?h的測試后仍具有良好的穩(wěn)定性。將大面積MVN/NF應(yīng)用于堿性電解槽中，探究得到法拉第制氫效率為90.0%和尿素降解率為45.1%，有望實現(xiàn)大規(guī)模制氫和降解尿素。

技術(shù)研發(fā)人員：胡朝霞,袁定勝,羅鍇芬,唐浩林,任志宇,張海寧,袁黎明,程幫龍,王晗
受保護的技術(shù)使用者：佛山市高科合創(chuàng)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10