[发明专利]一种δ相氮化钨电极材料及其制备方法和应用

说明书

本公开涉及一种δ相氮化钨电极材料及其制备方法和应用，δ相氮化钨电极材料包括具有孔缝结构的导电基底和δ相氮化钨层，至少部分的δ相氮化钨层覆于孔缝结构的内壁表面；孔缝结构包括在导电基底表面向内部延伸的孔和/或大体沿导电基体表面延伸的狭缝；所述表面孔缝占比为5‑70％，孔缝结构的开口尺寸为500nm‑500μm，孔缝结构的深度为开口尺寸的1.5倍以上。本公开的δ相氮化钨电极材料可以作为酸性或碱性电解液产氢电极或电极材料，具有优异的产氢性能和稳定性。

技术领域

本公开涉及电解水制氢技术领域，具体地，涉及一种δ相氮化钨电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气是重要的清洁能源，以氢能为核心的能源生产、储存与利用系统被认为是替代当前基于化石燃料能源体系的理想方式。电解水制氢技术因其原理简单、制氢纯度高、生产过程清洁无污染、能够利用可再生能源弃电等优点，受到了广泛的关注，而产氢电极材料及其制备方法的研究和开发对电解水制氢技术的发展具有重要意义。

过渡金属化合物——氮化钨(WN)是一种经济实用的催化材料，表现出类似于Pt的表面性质、吸附特性和催化活性，可替代传统贵金属催化剂用于高效加氢脱硫和加氢脱氮等反应。WN主要有立方相(即β相)和六方相(即δ相)两种晶相。其中，β相WN(β-WN)较为易得但其产氢性能有限；δ相WN(δ-WN)在宽pH范围(酸性和碱性)电解环境中具有优异的产氢性能，但现有氮化钨均采用高温高压条件制备(如专利US9624604B2与论文Inorg.Chem.2017,56,7,3970–3975中所述)，所得氮化钨多为粉体颗粒或薄膜材料。该类材料较难直接作为制氢电极材料，需与导电材料进一步结合作为产氢电极材料，但由于催化剂与导电材料结合力有限，氮化钨的产氢效率受损且电极材料整体稳定性欠佳。

发明内容

本公开的目的是提供一种δ相氮化钨电极材料及其制备方法和应用，本公开的δ相氮化钨电极材料可以作为酸性或碱性电解液产氢电极或电极材料，催化剂与导电材料结合紧密，具有优良的产氢性能和稳定性，本公开的δ相氮化钨电极材料的制备方法工艺条件温和、耗能较低。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种δ相氮化钨电极材料，所述δ相氮化钨电极材料包括具有孔缝结构的导电基底和δ相氮化钨层，至少部分的所述δ相氮化钨层覆于所述孔缝结构的内壁表面；

所述孔缝结构包括在所述导电基底表面向内部延伸的孔和/或大体沿所述导电基体表面延伸的狭缝；所述表面孔缝占比为5-70％，所述孔缝结构的开口尺寸为500nm-500μm，所述孔缝结构的深度为所述开口尺寸的1.5倍以上。

本公开第二方面提供一种制备δ相氮化钨电极材料的方法，该方法包括：在氨气氛围中使含有氧化钨和/或钨酸的导电基底进行氨化反应；

其中，所述含有氧化钨和/或钨酸的导电基底具有孔缝结构，至少部分的所述氧化钨和/或钨酸附于所述孔缝结构的内壁表面；所述表面孔缝占比为5-70％，所述孔缝结构的开口尺寸为500nm-500μm，所述孔缝结构的深度为所述开口尺寸的1.5倍以上；

所述氨化反应的条件包括：温度为900-1800℃，时间为30-240min。

本公开第三方面提供一种本公开第二方面提供的方法制备得到的δ相氮化钨电极材料。

本公开第四方面提供一种本公开第一方面和/或第三方面提供的δ相氮化钨电极材料在电解水制氢中的应用。

通过上述技术方案，本公开的δ相氮化钨电极材料可以作为酸性或碱性电解液产氢电极或电极材料，在宽pH值范围(酸性和碱性)的电解环境中具有优异的产氢性能；本公开的δ相氮化钨电极材料的制备方法工艺条件温和、耗能较低。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明