一种氮化钴/氮化钨电催化材料及其制备方法和应用

本发明属于电催化，具体涉及一种氮化钴/氮化钨电催化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、以聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)为代表的塑料产品被广泛应用于食品、药品、化工、服饰等多个领域，然而大量“用后即弃”的塑料废弃物也引发了一系列的环境危机。常规的废弃塑料处理方法为破碎后掩埋或焚烧处理，然而塑料化学性质稳定，在自然环境下的降解周期达到200-400年，大量废弃的塑料以微塑料形式进入含水生和陆地生态系统，尤其是造成海洋生态的污染。

3、电催化微塑料重整以微塑料为原料，氧化得到高价值的有机产品，有望提供一条绿色、高效、便捷的塑料循环途径。为实现高效、低成本的电催化微塑料重整，电催化材料需要同时满足氧化微塑料和还原制氢的需要，同时大量分布在海水之中的微塑料也要求电催化材料具有优异的抗氯离子腐蚀性能。然而，目前报道的电催化材料难以同时具有高效的氧化能力和还原能力，并且其对氯离子的抗腐蚀能力也未曾表征。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氮化钴/氮化钨电催化材料及其制备方法和应用。通过两步水热法依次构建了co-oh前驱体和cow-oh前驱体，将cow-oh前驱体热处理氮化即得氮化钴/氮化钨电催化材料，得益于界面协同效应、超亲水表面和多级janus结构，氮化钴/氮化钨电催化材料具有优异的产氢和微塑料重整性能。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，一种氮化钴/氮化钨电催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将导电基底置于钴盐、氟化铵和尿素的混合溶液中进行水热反应，得到生长co-oh前驱体的导电基底；

5、s2、将生长co-oh前驱体的导电基底置于偏钨酸铵溶液中进行水热反应，得到生长cow-oh前驱体的导电基底；

6、s3、将生长cow-oh前驱体的导电基底于氨气中热处理，得到氮化钴/氮化钨电催化材料。

7、优选的，所述导电基底包括泡沫镍、泡沫钴、碳纸或碳布，所述导电基底使用前依次采用盐酸、丙酮和乙醇清洗。

8、优选的，步骤s1中，所述钴盐包括硝酸钴，钴盐、氟化铵和尿素的摩尔比为1:(2～3):(4～6)。

9、优选的，步骤s1中，水热反应的温度为115～125℃，时间为5～7h。

10、优选的，步骤s2中，水热反应的温度为175～185℃，时间为11～13h。

11、优选的，步骤s3中，热处理温度为550～650℃，时间为1.5～2.5h。

12、第二方面，一种氮化钴/氮化钨电催化材料，通过如第一方面所述的制备方法获得。

13、第三方面，如第二方面所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化分解水产氢中的应用。

14、第四方面，如第二方面所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化微塑料升级中的应用。

15、第五方面，如第二方面所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化分解水产氢耦合微塑料升级中的应用。

16、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

17、由海胆状的cow-oh前驱体氮化诱导生长得到由二维的w5n4纳米片和co4n纳米颗粒构成的无障碍异质界面结构，提供了更多的活性位点以及更优异的物质传输能力，并且w5n4纳米片和co4n纳米颗粒形成的无界面势垒的janus界面保证了异质界面间的电荷传输。

18、得益于w5n4的亲水性和co4n对h*有利的吸附以及二者形成的具有界面协同效应的多级janus结构，氮化钴/氮化钨电催化材料在工业电流下表现出类pt的her性能和出色的稳定性(～300h)，同时对塑料的电重整也表现出高活性和选择性，显示出1.33v(η10)的超低过电势，并以～85％的高法拉第效率生成增值hcooh。

技术特征：

1.一种氮化钴/氮化钨电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底包括泡沫镍、泡沫钴、碳纸或碳布，所述导电基底使用前依次采用盐酸、丙酮和乙醇清洗。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述钴盐包括硝酸钴，钴盐、氟化铵和尿素的摩尔比为1:(2～3):(4～6)。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，水热反应的温度为115～125℃，时间为5～7h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，水热反应的温度为175～185℃，时间为11～13h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，热处理温度为550～650℃，时间为1.5～2.5h。

7.一种氮化钴/氮化钨电催化材料，其特征在于，通过如权利要求1～6任一项所述的制备方法获得。

8.如权利要求7所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化分解水产氢中的应用。

9.如权利要求7所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化微塑料升级中的应用。

10.如权利要求7所述的氮化钴/氮化钨电催化材料在电催化分解水产氢耦合微塑料升级中的应用。

技术总结
本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种氮化钴/氮化钨电催化材料及其制备方法和应用。将导电基底置于钴盐、氟化铵和尿素的混合溶液中进行水热反应，得到生长Co‑OH前驱体的导电基底；将生长Co‑OH前驱体的导电基底置于偏钨酸铵溶液中进行水热反应，得到生长CoW‑OH前驱体的导电基底；将生长CoW‑OH前驱体的导电基底于氨气中热处理，得到氮化钴/氮化钨电催化材料。通过两步水热法依次构建了Co‑OH前驱体和CoW‑OH前驱体，将CoW‑OH前驱体热处理氮化即得氮化钴/氮化钨电催化材料，得益于界面协同效应、超亲水表面和多级Janus结构，氮化钴/氮化钨电催化材料具有优异的产氢和微塑料重整性能。

技术研发人员：马法豪,蒋绪川,刘冰,王增齐,张春焕,林佳伟,胡俞泽
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24