一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂的制备方法及其在电解尿素制氢的应用与流程

本发明属于纳米材料制备领域，特别涉及一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂的制备方法及其在电解尿素制氢的应用。

背景技术：

1、现代社会的迅猛发展导致全球能源消耗不断增加，能源危机变得日益严峻，迫切需要开发绿色能源。氢能因其高燃烧值、环保和可再生等优点而成为最具潜力的清洁能源之一，而电解水制氢技术被认为是最有前景的制氢方法之一。电解水制氢过程包括阴极的催化析氢反应（her）和阳极的催化析氧反应（oer）。然而，oer反应具有较高的反应能垒，制约了电解水制氢技术的发展。与oer相比，尿素氧化反应（uor）由于具有极低的理论氧化电位，能够有效降低能耗，同时还能分解富含尿素的废水，减轻环境污染，因此有潜力替代oer以提高电解水制氢的效率。虽然铂（pt）被认为是最优秀的her电催化剂，而二氧化钌（ruo2）和二氧化铱（iro2）被认为是最有效的oer电催化剂，但由于其昂贵的价格和地球含量有限，它们的广泛应用受到了限制。

2、相比贵金属催化剂，镍基催化剂表现出更好的uor活性，被认为是电解尿素最优秀的非贵金属催化剂。泡沫镍（nf）具有三维多孔纳米结构，无需任何粘合剂即可直接用作自支撑电极的先进纳米材料。在nf上直接生长的电活性材料能够增加活性位点的数量，促进导电性，并改善气体扩散，从而提高机械稳定性。因此，探索廉价高效的镍基自支撑催化剂对于uor具有重要意义。

3、目前还没有关于生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的报道。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂的制备方法。

2、本发明另一目的在于提供上述方法制备的钼钒镍复合物。

3、本发明再一目的在于提供上述方法制备的钼钒镍复合物在电解尿素制氢的应用。

4、本发明的目的通过下述方案实现：

5、一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

6、（1）将泡沫镍依次置于乙醇和盐酸溶液中进行超声处理，后经干燥得到产物1；

7、（2）将钼源、钒源和碱溶于蒸馏水中，得到溶液1；

8、（3）向溶液1中加入过硫酸铵，得到溶液2；

9、（4）将产物1和溶液2转移到反应釜中，进行水热反应后，得到反应产物2。经过反复洗涤和干燥处理，最终得到生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物，记作moo3/v2o5/ni(oh)2/nf，简写为mvn/nf。

10、在步骤（1）中，乙醇溶液的体积分数为99%，处理时间为10~15分钟，盐酸溶液的浓度为3~5 mol/l，处理时间为10~15分钟，干燥温度为60~80 ℃，干燥时间为1~6小时；

11、在步骤（2）中，钼源可以选择钼酸钠、钼酸钾和钼酸铵中的至少一种，并在水溶液中加入量为4.84~9.68 g/l；钒源可以选择偏钒酸铵、偏钒酸钠和偏钒酸钾中的至少一种，并在水溶液中加入量为2.34~4.68 g/l；

12、在步骤（3）中，过硫酸铵的加入量在水溶液中为13.68~31.92 g/l；

13、在步骤（4）中，水热反应温度为140~160 ℃，干燥温度为60~80 ℃，干燥时间为1~6小时。

14、一种由上述方法制备得到的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物。

15、上述方法制备的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂(即阴极催化析氢，阳极降解尿素)在电解尿素制氢的应用。

16、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

17、1. 本发明原材料来源丰富，成本低，可在140℃-160℃下制备，制备工艺简单，实验周期短，可重复性高。

18、2. 本发明制备得到的mvn/nf具有优异的双功能催化性能，在1 m koh + 0.33 murea碱性电解池中，目标极片mvn/nf催化析氢在10 ma cm-2的电流密度时的过电势为81mv，而mvn/nf降解尿素只需施加1.351 v的电势就可达到10 ma cm-2的电流密度；并在全解尿素性能测试中，仅需1.450 v的电压就可以实现10 ma cm-2电流密度，并在经过50 h的测试后仍具有良好的稳定性。将mvn/nf极片制成大片电极应用于碱性电解槽中，通过探究得到法拉第制氢效率为90.0%和尿素降解率为45.1%。

19、3. 本发明制备的mvn/nf的催化电解水活性中心在v2o5、moo3和ni(oh)2的界面缺陷上，是由纳米片结构所围成的纳米花均匀的生长在nf基底上，纳米片的宽度约为500 nm，纳米花结构具有较大的比表面积，可以暴露出更多的活性位点，v2o5和moo3协同作用能够有效催化氢析出反应，而ni(oh)2能够有效催化尿素的降解。

20、4. 本发明还公开了上述生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂在电解尿素制氢的应用。

技术特征：

1.一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，乙醇溶液的体积分数为99%，处理时间为10~15分钟，盐酸溶液的浓度为3~5mol/l，处理时间为10~15分钟，干燥温度为60~80 ℃，干燥时间为1~6小时。

3.根据权利要求1所述的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，钼源可以选择钼酸钠、钼酸钾和钼酸铵中的至少一种，并在水溶液中加入量为4.84~9.68 g/l；钒源可以选择偏钒酸铵、偏钒酸钠和偏钒酸钾中的至少一种，并在水溶液中加入量为2.34~4.68 g/l。

4.根据权利要求1所述的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于：在步骤（3）中，过硫酸铵的加入量在水溶液中为13.68~31.92 g/l。

5.根据权利要求1所述的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物的制备方法，其特征在于：在步骤（4）中，水热反应温度为140~160 ℃，干燥温度为60~80 ℃，干燥时间为1~6小时。

6.权利要求1～5任一项所述生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物。

7.权利要求6所述的生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物作为双功能催化剂(即阴极催化析氢，阳极降解尿素)在电解尿素制氢的应用。

技术总结本发明属于纳米材料制备领域，公开了一种生长在泡沫镍上的钼钒镍复合物及其制备方法与应用。通过一步水热法将纳米花状结构的钼钒镍复合物生长在泡沫镍上（MVN/NF），将MVN/NF作为阴极和阳极，在含0.33M Urea的1M KOH电解液进行全解尿素性能测试，电流密度达到10 mA cm‑2时，电压仅为1.45V。这归因于钼钒镍复合物的丰富的异质结界面、电子协同效应以及NF的高比表面积暴露出高活性位点，并在经过50 h的测试后仍具有良好的稳定性。将大面积MVN/NF应用于碱性电解槽中，探究得到法拉第制氢效率为90.0%和尿素降解率为45.1%，有望实现大规模制氢和降解尿素。技术研发人员：胡朝霞,袁定胜,罗锴芬,唐浩林,任志宇,张海宁,袁黎明,程帮龙,王晗受保护的技术使用者：佛山市高科合创科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10