一、研究背景

过渡金属氮化物（TMNs）被认为是一种金属间化合物，其中氮原子被整合到母体金属的间隙位置。TMNs中共价金属- n和金属-金属键的共存赋予了TMNs一些独特的特性，如：类贵金属pt的电子结构，可调谐的d带中心，以及在恶劣的电化学条件下理想的耐久性。因此，TMNs作为高效电催化剂被广泛应用于能源相关领域，包括析氢反应（HER）、析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）。例如，V0.2Mo0.8N1.2双金属二维（2D）氮化物固溶体最近被报道为一种高效的高速率制氢电催化剂。此外，将一类碳负载的TMN催化剂作为ORR电催化剂应用于碱性介质中，其中Co3N/C的ORR催化活性最好，可与商品Pt/C相比较。虽然在一些电催化过程中已经进行了各种关于TMNs取代贵金属的研究，但进一步探索超越电催化性能的氮化物体系对于推进氮化物作为电催化剂的实际应用至关重要。这就需要研究新的方便的合成技术。

迄今为止，已经提出了化学和物理方法制备TMNs的重大进展。对于化学方法，TMNs的合成主要是在管式炉氨气氛下对金属氧化物进行热还原。然而，由于管状纤维nace的上升和冷却过程有限，以及初始成核阶段的高能量势垒，这种方法通常需要很长时间。在物理方法方面，磁控溅射是制备金属氮化材料最常用的技术之一。此外，高粉末氮气射频等离子体处理最近被开发用于制备金属氮化物。不幸的是，磁控溅射方法主要是有效的制备薄膜，通常不适合合成特定的纳米结构材料，如氮化纳米线或纳米片阵列。虽然N2射频等离子体处理能够制备特定的纳米结构氮化物，但这种方法会产生一定的辐射，需要谨慎并采取防护措施。此外，这些物理设备的高成本阻碍了TMNs的大规模合成。因此，寻求低能耗的方法对于制造高质量的TMNs具有重要意义。

在本研究中，我们报道了一种快速闪蒸焦耳加热设备（FJH）技术，在500 ms （0.5 s）内通过ni三种金属氧化物超快速合成一系列TMNs，最重要的是，该方法可以扩展到合成各种金属氮化物，如Fe2N， Ni3N, Co4N，以及Ni3N/Co4N， Ni3N/Ni0.2Mo0.8N和Co4N/Mo16N7等异质结构金属氮化物阵列。所制得的金属氮化物和异质结构金属氮化物作为电催化肼氧化反应（HzOR）的电催化剂具有较高的活性和稳定性。本文提出的合成策略不仅可以扩展TMNs的系统合成，而且可以激发对超快速合成及其电催化应用的进一步科学兴趣。

二、摘要

过渡金属氮化物（TMNs）由于其多样的电子结构和良好的催化性能，被认为是贵金属催化剂的可行替代品。然而，传统的合成方法存在高能耗和低收率的问题。在本研究中，利用超快闪焦耳加热技术，在0.5 s内成功合成了一系列TMNs及其异质复合阵列。作为验证概念，将氮化物和异质复合材料应用于电催化肼氧化反应（HzOR）中，其中Co4N/Mo16N7阵列在23 mV下的几何电流密度为100 mA cm−2时表现出最佳性能（相对于可逆氢电极（RHE））。这项工作为超快合成TMNs开辟了一条新的途径，以应对日益严重的能源危机。

三、结论

综上所述，我们已经证明了FJH工艺在时间效率和可负担性方面可以提供一种快速且经济高效的合成单和二元tmns的方法。这些合成的TMNs在电催化肼氧化方面具有很大的应用潜力。此外，本研究中采用的合成方法有望扩展到三元和多聚TMNs，为在未开发的TMNs领域发现新材料开辟了新的可能性。这项工作是一个有价值的案例研究，展示了当实验者寻求合成新的和创新的材料时，这种合成路线如何显著减少材料ex探索所需的时间。

图1.Ni3N的形貌及显微结构表征。(a)自制焦耳加热系统示意图。(b) XRD图谱。(c) Ni 2p XPS光谱。(d) n1s XPS光谱。(e)扫描电镜图像。(f) TEM图像。(g) HRTEM图像。(h) STEM图像和（i, j）对应的EDS元素映射。

图2.TMNs异质结构的形貌表征。