一种高性能双功能Ni3N多面体及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种高性能双功能Ni

背景技术

日益增长的能源需求、化石燃料的消耗以及它们对环境的产生的负面影响，促使人们迫切寻求可再生的替代能源。氢气被认为是最理想的未来一代可持续能源，在氢气的生产策略中，电催化水分解是绿色生产氢气的最有前途的方法之一。电催化水分解的析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)动力学缓慢，限制了析氢反应(hydrogenevolution reaction,HER)的进行。虽然贵金属催化剂体系在HER和OER中具有高的催化活性，但是其高成本、低稳定性和稀缺性限制了工业化的使用。因此，亟需开发价格低廉、稳定性高、催化活性优异的非贵金属基催化剂。

金属氮化物和氧氮化物具有高导电性和耐腐蚀性，这对于电化学测试中优异的活性和耐久性非常重要。此外，N原子的引入改变了金属中心周围的电子环境，导致结构改变和电荷重整。在第一行过渡金属中，Ni受到了广泛的关注。虽然Ni

因此，如何通过简单温和的方法制备具有可以同时进行HER和OER反应的Ni

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能双功能Ni

本发明提供的制备Ni

1)将金属氯化物和尿素混合，形成低共熔溶剂；

2)将步骤1)所得低共熔溶剂于反应釜中进行反应，反应完毕得到Ni(NH

上述方法的步骤1)中，所述金属氯化物为氯化镍；

所述氯化镍具体为有结晶水的氯化镍和/或无结晶水的氯化镍；更具体为六水合氯化镍；

所述金属氯化物与尿素的投料摩尔比为1：4～12；具体为1：6或1：8；

所述混合步骤中，温度为20～80℃；时间为2～30min。

所述步骤2)反应步骤中，温度为120～280℃；具体为200℃；时间为6～24h；具体为12h。

所述步骤2)热解步骤中，温度为350～850℃；具体为650℃；时间为2～12h；具体为4h；

由室温升温至热解步骤温度的升温速率为4-6℃·min

所述Ni

另外，按照上述方法制备得到的Ni(NH

本发明可以温和的方法制备可同时用于HER和OER反应的Ni

附图说明

图1为本发明实施例5制备的Ni(NH

图2为本发明实施例5制得的Ni

图3为本发明实施例5制得的Ni(NH

图4为本发明实施例5制得的Ni

图5为本发明实施例1,3,5所制备的Ni

图6为本发明实施例1,3,5所制备的Ni

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

将0.01mol六水合氯化镍和0.04mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在200℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

实施例2

将0.01mol六水合氯化镍和0.04mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在280℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

实施例3

将0.01mol六水合氯化镍和0.06mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在200℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

实施例4

将0.01mol六水合氯化镍和0.06mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在280℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

实施例5

将0.01mol六水合氯化镍和0.08mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在200℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

实施例6

将0.01mol六水合氯化镍和0.08mol尿素在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂，然后将形成的低共熔溶剂转移至反应釜，在280℃烘箱中反应12h。将生成的蓝紫色晶体置于马弗炉中焙烧，焙烧条件为以5℃·min

对实施例5所得的产品进行形貌表征。其中以XRD来鉴别产品组成和晶型，以SEM和TEM观察产品形貌。

图1为实施例5所得反应釜产物的XRD谱图，可指标化为Ni(NH

图2为实施例5所得管式炉产物的XRD谱图，可指标化为Ni

图3为实施例5所得反应釜产物的SEM图像。从照片中可以看出，得到的Ni(NH

图4为实施例5所得管式炉产物的TEM图像。从照片中可以看出，得到的Ni

电催化水分解测试程序如下：电催化水分解是在50mL的电解池中进行的。配置1.0M KOH电解液。取20mL电解液于电解池中，采用标准三电极体系进行析氢、析氧性能测试，其中：Ag/AgCl为参比电极，Pt片为对电极，本发明实施例制备的电极材料为工作电极。

图5为本发明实施例1,3,5所制备的Ni

图6为本发明实施例1,3,5所制备的Ni