CN116334663A - 非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法和制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法和制备装置。涉及电解水制氢技术领域，该方法包括：制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭；将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带；去除合金条带表面的氧化层；将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。该方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm‑2时，所需的过电位不高于280mV。由于该制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法和制备装置。
背景技术
传统的电解水催化剂如铂、钯等贵重金属，价格高昂，不仅增加了生产成本，而且对环境也有影响。因此，研发出价格低廉、效率高的新型电解水催化剂具有重要的战略意义，它可以促进可持续能源的发展，推动清洁能源汽车的普及，促进能源转化和储存技术的发展，实现能源的可持续发展。而过渡金属电催化剂催化效率可观且成本低廉，在电解水等领域极具应用潜力，因而成为研究者们的关注热点。其中，过渡金属氮化物（TMNs）因其独特的d带电子结构而具有高导电性和高催化活性，近年来备受关注。然而单相TMN在实际反应条件下的活性及长期稳定性都不理想，因此需要通过有效的调控策略加以改善。另一方面，非晶态合金催化剂由于其长程无序而短程有序的独特非晶态结构，导致其优良的催化活性、选择性和抗中毒能力，特别是在制备过程中的环境污染少，催化效率高的特点，越来越引起人们的重视。相比晶体催化剂来说，非晶催化剂往往具有更高的催化活性位密度、成分更加灵活，可以在更大范围内对成分进行调节，但大量的非晶催化剂的制备通常需要的制备条件较为苛刻，生成成本高，工业应用前景较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于解决非晶体催化剂的生产成本高、工艺复杂的问题，为了解决上述问题，本发明提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
根据本发明的第一方面，提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法包括：制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭；将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带；去除合金条带表面的氧化层；将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，通过制备出化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭，并将其加工成便于处理的合金条带，然后将合金条带表面的氧化层去除，进而将去除氧化层的合金条带进行氮化，便可制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。采用本申请的制备方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，所需的过电位不高于280mV。同时，由于本申请的制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本，因此应用工业前景较好。
在上述技术方案中，去除合金条带表面的氧化层的步骤，具体包括：将合金条带进行裁剪；将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层。
在该技术方案中，可以将合金条带进行裁剪，并将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层，从而便于后续对合金条带的氮化。
在上述技术方案中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L。
在该技术方案中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L，避免了浓度过小导致氧化层去除的不充分，以及浓度过大影响氧化层去除的问题。
在上述技术方案中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm。
在该技术方案中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm，通过限定合金条带的大小、长度，能够保证非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备效果以及制备效率。
在上述技术方案中，将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂的步骤之前包括：将去除表面氧化层的合金条带放入去离子水中进行清洗；将清洗后的合金条带进行烘烤。
在该技术方案中，对去除表面氧化层的合金条带进行氮化时，可以将合金条带放入去离子水中进行清洗，并将清洗后的合金条带进行烘烤，从而保证后续对合金条带的氮化效果。
在上述技术方案中，烘烤的温度大于等于45℃，且小于等于55℃。
在该技术方案中，将烘烤的温度限定在大于等于45℃，且小于等于55℃之间，既能保证将合金条带完全烘干，又能保证不会影响合金条带的性能。
在上述技术方案中，烘烤的温度为50℃。
在该技术方案中，当烘烤的温度为50℃时，烘烤的效果最佳。
在上述技术方案中，烘烤的时间大于等于10分钟，且小于等于15分钟。
在该技术方案中，烘烤的时间不宜过长，也不宜过短，烘烤的时间在10分钟至15分钟之间，烘烤的效果最佳。
在上述技术方案中，将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂的步骤，具体包括：将合金条带放入加热设备中进行加热，并向加热设备中通入NH3，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
在该技术方案中，对合金条带进行氮化可以采用通入NH3的方式，具体地，将合金条带放入加热设备中进行加热，并向加热设备中通入NH3，从而制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。该种氮化方式较为简单，且氮化效果较好。
在上述技术方案中，加热合金条带的温度大于等于270℃，且小于等于300℃。
在该技术方案中，将合金条带放入加热设备中进行加热，可以将其加热温度限定在270℃至300℃之间，从而保证制备出的催化剂的催化效果以及催化性能。
在上述技术方案中，加热合金条带的时间大于等于240小时，且小于等于360小时。
在该技术方案中，将加热合金条带的加热时间限定在240小时至360小时之间，可以保证最终制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的催化性能。
在上述技术方案中，加热设备包括管式炉。当然，也可以是其他加热设备。
在上述任一技术方案中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中M包括贵金属元素。
在该技术方案中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中M为贵金属元素，通过将母合金锭中的M限定为贵金属元素，一方面可以保护其他成分，另一方面有利于性能的提升。
进一步地，贵金属元素包括以下至少之一或其组合：Pd、Pt、Ru和Ag。
在上述任一技术方案中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中，0≤a≤80，0≤b≤80，0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，0≤i≤5。
在该些技术方案中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中，0≤a≤80，0≤b≤80，0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，0≤i≤5，通过对不同元素的原子个数进行限定，可以保证最终制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的催化性能。
在上述任一技术方案中，合金条带的厚度大于等于30微米，且小于等于45微米；和/或合金条带的宽度大于等于0.5毫米，且小于等于15毫米。
在该些技术方案中，通过将合金条带的厚度限定在30微米至45微米；和/或合金条带的宽度限定在0.5毫米至15毫米，可以保证对合金条带的去除氧化层以及烘烤处理更加方便快速，便于非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备。
在上述任一技术方案中，母合金锭采用真空电弧熔炼技术制备；和/或合金薄带采用真空甩带炉制备。
在该些技术方案中，母合金锭采用真空电弧熔炼技术制备；和/或合金薄带采用真空甩带炉制备，真空电弧熔炼技术和真空甩带炉都是比较常见的，因此能够降低催化剂的制备难度。
本发明第二方面的技术方案提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置，用于实现第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置，用于实现第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。由于该非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置是用于实现如第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。因此，本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置还具有第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第三方面的技术方案提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂，采用如第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法制备。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂，采用第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。由于非晶体过渡金属氮化物电催化剂是采用第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法制备。因此，本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂还具有第一方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第四方面的技术方案提供了一种电极，采用第三方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。
根据本发明提供的电极，采用第三方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。由于该电极采用第三方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。因此，本发明提供的电极还具有第三方面任一项技术方案中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第五方面的技术方案提供了一种电解装置，包括第四方面任一项技术方案中的电极。
根据本发明提供的电解装置，包括第四方面任一项技术方案中的电极。由于该电解装置包括第四方面任一项技术方案中的电极。因此，本发明提供的电解装置还具有第四方面任一项技术方案中的电极的全部有益效果，在此不再赘述。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的第一个实施例提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的流程图；
图2为本发明的第二个实施例提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的流程图；
图3为本发明的第三个实施例提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的流程图；
图4为本发明的第四个实施例提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的流程图；
图5为本发明的一个实施例提供的SEM（扫描电子显微镜）电镜图；
图6为本发明的一个实施例提供的另一个SEM电镜图；
图7为本发明的一个实施例提供的又一个SEM电镜图；
图8为本发明的一个实施例提供的X射线衍射（XRD，X-ray diffraction）图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法可以包括如下步骤：
S101、制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭。
S102、将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带。
S103、去除合金条带表面的氧化层。
S104、将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，通过制备出化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭，并将其加工成便于处理的合金条带，然后将合金条带表面的氧化层去除，进而将去除氧化层的合金条带进行氮化，便可制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。采用本申请的制备方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，所需的过电位不高于280mV。同时，由于本申请的制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本，因此应用工业前景较好。
如图2所示，本发明实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法可以包括如下步骤：
S201、制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭。
S202、将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带。
S203、将合金条带进行裁剪。
S204、将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层。
S205、将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，通过制备出化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭，并将其加工成便于处理的合金条带，然后可以将合金条带进行裁剪，并将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层，进而将去除氧化层的合金条带进行氮化，便可制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。采用本申请的制备方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，所需的过电位不高于280mV。同时，由于本申请的制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本，因此应用工业前景较好。
在上述实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L。
在该实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L，避免了浓度过小导致氧化层去除的不充分，以及浓度过大影响氧化层去除的问题。
在上述实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm。
在该实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm，通过限定合金条带的大小、长度，能够保证非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备效果以及制备效率。
如图3所示，本发明实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法可以包括如下步骤：
S301、制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭。
S302、将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带。
S303、将合金条带进行裁剪。
S304、将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层。
S305、将去除表面氧化层的合金条带放入去离子水中进行清洗。
S306、将清洗后的合金条带进行烘烤。
S307、将合金条带进行氮化，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，通过制备出化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭，并将其加工成便于处理的合金条带，然后可以将合金条带进行裁剪，并将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层，进而将去除氧化层的合金条带进行氮化，便可制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。采用本申请的制备方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，所需的过电位不高于280mV。同时，由于本申请的制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本，因此应用工业前景较好。
其中，对去除表面氧化层的合金条带进行氮化时，可以将合金条带放入去离子水中进行清洗，并将清洗后的合金条带进行烘烤，从而保证后续对合金条带的氮化效果。
在上述实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L。
在该实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L，避免了浓度过小导致氧化层去除的不充分，以及浓度过大影响氧化层去除的问题。
在上述实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm。
在该实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm，通过限定合金条带的大小、长度，能够保证非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备效果以及制备效率。
在上述实施例中，烘烤的温度大于等于45℃，且小于等于55℃。
在该实施例中，将烘烤的温度限定在大于等于45℃，且小于等于55℃之间，既能保证将合金条带完全烘干，又能保证不会影响合金条带的性能。
在上述实施例中，烘烤的温度为50℃。
在该实施例中，当烘烤的温度为50℃时，烘烤的效果最佳。
在上述实施例中，烘烤的时间大于等于10分钟，且小于等于15分钟。
在该实施例中，烘烤的时间不宜过长，也不宜过短，烘烤的时间在10分钟至15分钟之间，烘烤的效果最佳。
如图4所示，本发明实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法可以包括如下步骤：
S401、制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭。
S402、将母合金锭制备成合金薄带，并将合金薄带制备成合金条带。
S403、将合金条带进行裁剪。
S404、将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层。
S405、将去除表面氧化层的合金条带放入去离子水中进行清洗。
S406、将清洗后的合金条带进行烘烤。
S407、将合金条带放入加热设备中进行加热，并向加热设备中通入NH3，以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，通过制备出化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭，并将其加工成便于处理的合金条带，然后可以将合金条带进行裁剪，并将裁剪后的合金条带置于硫酸溶液中，以去除合金条带表面的氧化层，进而将去除氧化层的合金条带进行氮化，便可制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。采用本申请的制备方法制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂在碱性介质中具有优异的电解水产氧活性和稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，所需的过电位不高于280mV。同时，由于本申请的制备方法的制备条件较为简单，可以制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂，在提高催化剂催化活性的同时还能降低成本，因此应用工业前景较好。
其中，对去除表面氧化层的合金条带进行氮化时，可以将合金条带放入去离子水中进行清洗，并将清洗后的合金条带进行烘烤，从而保证后续对合金条带的氮化效果。对合金条带进行氮化可以采用通入NH3的方式，具体地，将合金条带放入加热设备中进行加热，并向加热设备中通入NH3，从而制备出非晶体过渡金属氮化物电催化剂。该种氮化方式较为简单，且氮化效果较好。
在上述实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L。
在该实施例中，硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L，避免了浓度过小导致氧化层去除的不充分，以及浓度过大影响氧化层去除的问题。
在上述实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm。
在该实施例中，裁剪后的合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm，通过限定合金条带的大小、长度，能够保证非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备效果以及制备效率。
在上述实施例中，烘烤的温度大于等于45℃，且小于等于55℃。
在该实施例中，将烘烤的温度限定在大于等于45℃，且小于等于55℃之间，既能保证将合金条带完全烘干，又能保证不会影响合金条带的性能。
在上述实施例中，烘烤的温度为50℃。
在该实施例中，当烘烤的温度为50℃时，烘烤的效果最佳。
在上述实施例中，烘烤的时间大于等于10分钟，且小于等于15分钟。
在该实施例中，烘烤的时间不宜过长，也不宜过短，烘烤的时间在10分钟至15分钟之间，烘烤的效果最佳。
在上述实施例中，加热合金条带的温度大于等于270℃，且小于等于300℃。
在该实施例中，将合金条带放入加热设备中进行加热，可以将其加热温度限定在270℃至300℃之间，从而保证制备出的催化剂的催化效果以及催化性能。
在上述实施例中，加热合金条带的时间大于等于240小时，且小于等于360小时。
在该实施例中，将加热合金条带的加热时间限定在240小时至360小时之间，可以保证最终制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的催化性能。
在上述实施例中，加热设备包括管式炉。当然，也可以是其他加热设备。
在上述任一实施例中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中M包括贵金属元素。
在该实施例中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中M为贵金属元素。
进一步地，贵金属元素包括以下至少之一或其组合：Pd、Pt、Ru和Ag。
在上述任一实施例中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中，0≤a≤80，0≤b≤80，0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，0≤i≤5。
在该些实施例中，化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中，0≤a≤80，0≤b≤80，0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，0≤i≤5，通过对不同元素的原子个数进行限定，可以保证最终制备出的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的催化性能。
在上述任一实施例中，合金条带的厚度大于等于30微米，且小于等于45微米；和/或合金条带的宽度大于等于0.5毫米，且小于等于15毫米。
在该些实施例中，通过将合金条带的厚度限定在30微米至45微米；和/或合金条带的宽度限定在0.5毫米至15毫米，可以保证对合金条带的去除氧化层以及烘烤处理更加方便快速，便于非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备。
在上述任一实施例中，母合金锭采用真空电弧熔炼技术制备；和/或合金薄带采用真空甩带炉制备。
在该些实施例中，母合金锭采用真空电弧熔炼技术制备；和/或合金薄带采用真空甩带炉制备，真空电弧熔炼技术和真空甩带炉都是比较常见的，因此能够降低催化剂的制备难度。
在一具体实施例中，本申请提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，该方法首先利用真空电弧熔炼技术制备母合金锭，合金成分为：NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi,其中：
0≤a≤80，0≤b≤80,0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，
0≤i≤5，M为贵金属元素，Pd、Pt、Ru、Ag中的一种或者几种；随后利用真空甩带炉制备合金薄带以及合金条带，合金条带的厚度为30微米至45微米，宽度为0.5mm-15mm。将得到的非晶合金条带剪取长度为1cm-2cm若干段，放入浓度为1mol/L-3mol/L的H2SO4中，去除表面的氧化层，随后用去离子水清洗干净，放在烘箱中，在50℃烘烤10min~15min后取出。将烘烤之后得到的非晶条带放入管式炉，通入高纯NH3，在270℃-300℃下氮化240小时-360小时，得到非晶态过渡金属氮化物电催化剂（非晶体过渡金属氮化物电催化剂）。
如图5、图6和图7所示，是本申请提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的SEM电镜图。
如图8所示，是本申请提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的X射线衍射图，图中横坐标表示的是衍射角，2θ/deg表示的是衍射角的单位。纵坐标表示的是强度，a.u.为arbitrary unit（任意单位）。
本发明第二方面的实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置，用于实现第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置，用于实现第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。由于该非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置是用于实现如第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。因此，本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置还具有第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第三方面的实施例提供了一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂，采用如第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法制备。
根据本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂，采用第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。由于非晶体过渡金属氮化物电催化剂是采用第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法制备。因此，本发明提供的非晶体过渡金属氮化物电催化剂还具有第一方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第四方面的实施例提供了一种电极，采用第三方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。
根据本发明提供的电极，采用第三方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。由于该电极采用第三方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。因此，本发明提供的电极还具有第三方面任一项实施例中的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明第五方面的实施例提供了一种电解装置，包括第四方面任一项实施例中的电极。
根据本发明提供的电解装置，包括第四方面任一项实施例中的电极。由于该电解装置包括第四方面任一项实施例中的电极。因此，本发明提供的电解装置还具有第四方面任一项实施例中的电极的全部有益效果，在此不再赘述。
虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (21)
1.一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
制备化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭；
将所述母合金锭制备成合金薄带，并将所述合金薄带制备成合金条带；
去除所述合金条带表面的氧化层；
将所述合金条带进行氮化，以制备出所述非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
2.根据权利要求1所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述去除所述合金条带表面的氧化层的步骤，具体包括：
将所述合金条带进行裁剪；
将裁剪后的所述合金条带置于硫酸溶液中，以去除所述合金条带表面的氧化层。
3.根据权利要求2所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度大于等于1mol/L，且小于等于3mol/L。
4.根据权利要求2所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，裁剪后的所述合金条带的长度大于等于1cm，且小于等于2cm。
5.根据权利要求1所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述将所述合金条带进行氮化，以制备出所述非晶体过渡金属氮化物电催化剂的步骤之前包括：
将去除表面氧化层的所述合金条带放入去离子水中进行清洗；
将清洗后的所述合金条带进行烘烤。
6.根据权利要求5所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，烘烤的温度大于等于45℃，且小于等于55℃。
7.根据权利要求6所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述烘烤的温度为50℃。
8.根据权利要求5所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，烘烤的时间大于等于10分钟，且小于等于15分钟。
9.根据权利要求1所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述将所述合金条带进行氮化，以制备出所述非晶体过渡金属氮化物电催化剂的步骤，具体包括：
将所述合金条带放入加热设备中进行加热，并向所述加热设备中通入NH3，以制备出所述非晶体过渡金属氮化物电催化剂。
10.根据权利要求9所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，加热所述合金条带的温度大于等于270℃，且小于等于300℃。
11.根据权利要求9所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，加热所述合金条带的时间大于等于240小时，且小于等于360小时。
12.根据权利要求9所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述加热设备包括管式炉。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中M包括贵金属元素。
14.根据权利要求13所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述贵金属元素包括以下至少之一或其组合：
Pd、Pt、Ru和Ag。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述化学式为NiaFebBcPdCeSifNbgMohMi的母合金锭中，0≤a≤80，0≤b≤80，0≤c≤20，0≤d≤20，0≤e≤5，0≤f≤10，0≤g≤10，0≤h≤10，
0≤i≤5。
16.根据权利要求1至12中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金条带的厚度大于等于30微米，且小于等于45微米；和/或
所述合金条带的宽度大于等于0.5毫米，且小于等于15毫米。
17.根据权利要求1至12中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述母合金锭采用真空电弧熔炼技术制备；和/或
所述合金薄带采用真空甩带炉制备。
18.一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备装置，其特征在于，用于实现如权利要求1至17中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法。
19.一种非晶体过渡金属氮化物电催化剂，其特征在于，采用如权利要求1至17中任一项所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂的制备方法制备。
20.一种电极，其特征在于，采用如权利要求19所述的非晶体过渡金属氮化物电催化剂制备。
21.一种电解装置，其特征在于，包括如权利要求20所述的电极。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230627 |