一种N-W修饰泡沫镍电极及其制备方法和应用

本发明属于电化学材料，具体涉及一种n-w修饰泡沫镍电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前公认的贵金属(如pt、ir、rh、ru等)或其氧化物作为电极催化剂在电化学领域得到广泛应用，但其成本高。钨(w)是地球丰富的元素，与贵金属电极材料相比，过渡金属钨酸盐被认为是电化学储能器件中最具前途的电极材料之一，因其高稳定性、低成本和环境友好性而受到广泛关注。

2、泡沫镍(nickel foam)是一种性能优良的吸声材料，在高频具有较高的吸声系数；通过吸声结构的设计可以提高其在低频的吸声性能。泡沫镍也是制造镉-镍电池和氢-镍电池的最佳电极材料之一。

3、近年来，随着化石燃料的枯竭和环境污染问题的不断升级，可再生清洁能源的研发引起了广泛的关注。各种可再生能源如风能和太阳能，已在日常生活中得到广泛应用，在一定程度上缓解了全球能源短缺问题，但其固有的间歇性和波动性仍然是制约其广泛应用的主要挑战。在这一背景下，氢能作为替代化石燃料的潜在能源，有望为解决未来能源危机和环境问题提供可行的途径。

4、基于可再生能源的水电解技术因其环保、可持续的特性被认为在氢能生产领域具有光明的前景。然而，大规模电解水制氢依然存在一定的局限性：首先，电解水过程中阳极产氧反应缓慢的动力学，以及阳极产氧反应(oer)和阴极析氢反应(her)的过电位太高使得能耗加大。其次，传统电解水过程中，阳极产物氧气的经济价值较低。如果能将阳极反应半应用于生产其他高附加值的产品，就能产生更好的经济效益。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种n-w修饰泡沫镍电极及其制备方法和应用。使用本发明提供的n-w修饰泡沫镍电极制氢能够有效解决水裂解反应中阳极产氧缓慢的动力学问题，降低电极电势，且可在阳极生产高附加值的产品。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种n-w修饰泡沫镍电极，包括泡沫镍基体和负载在所述泡沫镍基体表面的含氮氧化膜，所述含氮氧化膜中含有金属氧化物和氮元素，所述金属氧化物包括氧化钨和氧化镍。

4、本发明还提供了上述技术方案所述的n-w修饰泡沫镍电极的制备方法，包括以下步骤：

5、将泡沫镍、氮源、钨源和水混合进行水热反应，得到所述n-w修饰泡沫镍电极。

6、优选的，所述氮源包括三聚氰胺、尿素、钨酸铵和偏钨酸铵中的一种或多种。

7、优选的，所述钨源包括三氧化钨、钨酸钠、钨酸铵和偏钨酸铵中的一种或多种。

8、优选的，当以偏钨酸铵既为氮源又为钨源时，所述偏钨酸铵与水的用量比为0.05～2.0mmol:40ml。

9、优选的，所述水热反应的温度为60～200℃，时间为6～10h。

10、本发明还提供了上述技术方案所述的n-w修饰泡沫镍电极或上述制备方法得到的n-w修饰泡沫镍电极作为阳极在醇电催化氧化中的应用。

11、优选的，所述醇电催化氧化包括以下步骤：

12、以所述n-w修饰泡沫镍电极为阳极，铂电极为对电极，饱和ag/agcl电极为参比电极，以碱金属氢氧化物水溶液和醇的混合液为电解液进行电解。

13、优选的，所述醇包括甲醇、乙醇和苄醇中的一种或多种。

14、优选的，所述碱金属氢氧化物水溶液的浓度为1mol/l，所述碱金属氢氧化物水溶液和醇的体积比为20～40:0.5～10。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、本发明提供了一种n-w修饰泡沫镍电极，包括泡沫镍基体和负载在所述泡沫镍基体表面的含氮氧化膜，所述含氮氧化膜中含有金属氧化物和氮元素，所述金属氧化物包括氧化钨和氧化镍。本发明提供的n-w修饰泡沫镍电极中，钨具有大量的空轨道，可以接收来自镍元素的电子，这促进了更高的载流子浓度以更快的电子传输，能够有效解决水裂解反应中阳极产氧缓慢的动力学问题；钨氧化物具有高的理论电荷存储容量，氮能够提高本征电导率，促进了溶液中更快的离子扩散和转移，能够降低电极电势。同时本发明以n-w修饰泡沫镍电极为阳极进行醇电催化氧化，阳极可将醇电催化氧化成酸，生产高附加值的产品。

17、实施例数据表明，在100ma·cm-2的电流密度，阳极苯甲醇(苄醇)电催化氧化成苯甲酸实验中，n-w修饰泡沫镍电极的电极电势为1.38v(vs.rhe)，电位比纯水分解降低了396mv，显示出良好的应用前景。

18、本发明还提供了一种n-w修饰泡沫镍电极的制备方法，采用一步水热法，直接在泡沫镍基体上制备n-w修饰泡沫镍电极(wo-n-nio/nf电极)，制备方法简便、成本低，便于工业化。

技术特征：

1.一种n-w修饰泡沫镍电极，其特征在于，包括泡沫镍基体和负载在所述泡沫镍基体表面的含氮氧化膜，所述含氮氧化膜中含有金属氧化物和氮元素，所述金属氧化物包括氧化钨和氧化镍。

2.权利要求1所述n-w修饰泡沫镍电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氮源包括三聚氰胺、尿素、钨酸铵和偏钨酸铵中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钨源包括三氧化钨、钨酸钠、钨酸铵和偏钨酸铵中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当以偏钨酸铵既为氮源又为钨源时，所述偏钨酸铵与水的用量比为0.05～2.0mmol:40ml。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为60～200℃，时间为6～10h。

7.权利要求1所述的n-w修饰泡沫镍电极或权利要求2～6任一项所述的制备方法得到的n-w修饰泡沫镍电极作为阳极在醇电催化氧化中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述醇电催化氧化包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述醇包括甲醇、乙醇和苄醇中的一种或多种。

10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述碱金属氢氧化物水溶液的浓度为1mol/l，所述碱金属氢氧化物水溶液和醇的体积比为20～40:0.5～10。

技术总结本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种N‑W修饰泡沫镍电极及其制备方法和应用。本发明提供的N‑W修饰泡沫镍电极，包括泡沫镍基体和负载在泡沫镍基体表面的含氮氧化膜，所述含氮氧化膜中含有金属氧化物和氮元素，所述金属氧化物包括氧化钨和氧化镍。钨具有大量的空轨道，可以接收来自镍元素的电子，这促进了更高的载流子浓度以更快的电子传输，能够有效解决水裂解反应中阳极产氧缓慢的动力学问题；钨氧化物具有高的理论电荷存储容量，氮能够提高本征电导率，促进了溶液中更快的离子扩散和转移，能够降低电极电势。同时本发明以N‑W修饰泡沫镍电极为阳极进行醇电催化氧化，阳极可将醇电催化氧化成酸，生产高附加值的产品。技术研发人员：徐伟明,朱奕臻,张远垚,潘钺柠,章鹏飞,范智伟受保护的技术使用者：杭州师范大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17