一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂及其制备方法和应用

技术领域：

本发明属于电化学技术领域，具体为一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

随着工业水平的快速发展，传统能源的不合理利用而导致的环境污染问题也日益突出，同时煤炭、天然气和石油等传统的化石能源供应愈来愈不能满足人类的需求，环保问题和资源匮乏制约着人类的健康发展。为了找到可以替换传统化石能源的清洁、高效和可再生的新能源成为了能源发展的热点。虽然太阳能、潮汐能和风能等能源在一定程度上可以作为解决能源需求问题的替代能源，但是这些能源转换效率不高，同时容易受外部环境条件影响。于是氢能便成为化石燃料的一个有应用前景的替代品，优点在于可以从多种资源中产生，其燃烧产物为水，可循环利用。

一般制取氢气的方法有化石燃料制氢、乙醇催化重整制氢、生物发酵制氢和电催化水裂解制氢，电解水制氢被认为是最有前景的制氢技术，因为其他技术在实际反应中很复杂，制取的氢气纯度低，伴有副产物的产生以及很难控制的高温合成条件，可参见文献“[Synthesis of Ru-Doped VN by a Soft-Urea Pathway as an Efficient Catalystfor Hydrogen Evolution[J].ChemElectroChem,2020,7(5).]”。

虽然贵金属具有高效的催化性能，但其价格昂贵，储量有限，耐受性不好，所以有必要制备高效的非贵金属电解水制氢反应催化剂。过渡金属碳化物和氮化物在当前受到广泛关注，比如氮化钒和碳化钨是具有金属性质的化合物。VN和W

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂及其制备方法和应用，所制备的材料化学组分均一，形成均匀分布的纳米虫状形貌，产氢性能优异。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将双氰铵、乙酰丙酮钒和钨酸铵混合均匀，乙酰丙酮钒和钨酸铵的质量比为(3～10)：(1～7)，得到混合物；

将混合物在保护气氛下先升温至300～400℃后保温1～2h，之后升温至700～1000℃后进行保温处理，得到氮化钒/碳化钨复合电催化剂。

优选的，所述双氰铵和乙酰丙酮钒的质量比为(10～25)：(3～10)。

优选的，将双氰铵、乙酰丙酮钒和钨酸铵研磨至均匀，得到混合物。

优选的，所述的保护气氛为氩气。

优选的，将混合物从室温升温至300～400℃，升温速率为2～5℃/min。

优选的，所述的混合物升温至300～400℃并保温后，以5～10℃/min的升温速率升温至700～1000℃。

优选的，所述的混合物升温至700～1000℃后保温1～3h。

优选的，将所述的混合物在700～1000℃下保温完成后冷却到室温进行研磨，得出氮化钒/碳化钨复合电催化剂。

一种由上述所意一项所述的氮化钒/碳化钨复合电催化剂的制备方法得到的氮化钒/碳化钨复合电催化剂。

氮化钒/碳化钨复合电催化剂在水裂解产氢中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂的制备方法，制备工艺为二步煅烧法，双氰铵在300～400℃下保温1～2h后主要生成C

附图说明

图1为本发明实施例2所制备的纳米虫状VN/W

图2为本发明实施例3所制备的低倍纳米虫状VN/W

图3为本发明实施例3所制备的高倍纳米虫状VN/W

图4为本发明实施例4所制备的纳米虫状VN/W

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为(10～25)：(3～10)：(1～7)，称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在氩气气氛保护下，以2～5℃/min的升温速率从室温升温至300～400℃，保温1～2h，此时双氰铵主要生成C

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例1：

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为10：3：1称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以2℃/min的升温速率从室温升温至300℃，保温1h，再以5℃/min的升温速率升温至700℃，保温2h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例2:

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为15：4：2称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升温至400℃，保温2h，再以10℃/min的升温速率升温至800℃，保温3h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例3:

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为20：5：3称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以2℃/min的升温速率从室温升温至300℃，保温1h，再以5℃/min的升温速率升温至900℃，保温1h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例4:

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为25：6：4称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升温至400℃，保温2h，再以10℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例5:

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为20：10：7称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以2℃/min的升温速率从室温升温至300℃，保温1h，再以8℃/min的升温速率升温至800℃，保温3h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

实施例6:

本发明一种纳米虫状VN/W

1)首先，按照质量比为25：3：2称取双氰铵，乙酰丙酮钒，钨酸铵，充分研磨直至均匀；

2)将研磨后的混合物倒入瓷舟中，在高温管式炉中进行煅烧，在保护气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升温至400℃，保温2h，再以10℃/min的升温速率升温至900℃，保温2h；

3)保温结束后，冷却到室温，研磨黑色样品，得到目标产物VN/W

从图1中可以看出样品衍射峰和标准卡片匹配良好，且半峰宽很小，说明该实施例2得到的VN/W

从低倍的图2和高倍的图3中可以看出样品形貌为均匀分散的纳米虫形貌，同时尺寸大小均匀，一定程度增大了材料的比表面积，有助于活性位点的暴露。

图4表示在三电极体系中实施了电化学测试，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，石墨碳棒为对电极，玻碳电极为工作电极。其中工作电极的制备如下：(i)将5mg实施例4得到的催化剂分散在异丙醇(100μL)中，超声形成均匀的混合液；(ii)用移液枪移取2μL混合液滴到玻碳电极表面，担载密度约为1.4mg cm