泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极及制备方法，制备方法如下：S1：合成具有多级树状纳米结构前驱物：将氯化镍和柠檬酸钠二水合物的去离子水溶液和六氰钴酸钾去离子水溶液混合，经过离心洗涤得到沉淀并干燥获得前驱物；S2：去除泡沫镍的氧化层，用去离子水和乙醇冲洗后干燥备用；S3：通过水热法制备尿素氧化催化剂电极，将S1获取的前驱物制备成悬浊液，将Na2S溶液与悬浊液混合，再放入S2中预处理的泡沫镍，最后将混合液体通过水热法得到在泡沫镍表面获得多级树状结构的镍硫化物复合材料，利用得到的复合材料制备尿素氧化催化剂电极。本发明专利技术的制备方法能够实现优秀的电催化尿素氧化的活性和反应稳定性。优秀的电催化尿素氧化的活性和反应稳定性。优秀的电催化尿素氧化的活性和反应稳定性。

【技术实现步骤摘要】
泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极及制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化纳米材料制备
，具体地，本专利技术涉及一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来能源短缺和环境污染的问题已经成为人类不得不考虑的问题，迫使人们寻求更绿色环保的能源。作为一种可持续的清洁能源，氢气被认为是一种可以替代化石能源的理想能源。电解水制氢的环保性使其成为众多制氢方法中有前途且实用的技术，也是目前研究较多的一种制氢方式。但是电解水中的一个核心反应——氧析出反应的反应动力学缓慢，严重限制电解效率，造成能量损耗。钌基等贵金属材料是氧析出反应的商用催化剂，但其储量稀少且价格昂贵，进一步限定限制了该方法的广泛应用。因此，阳极端选择理论电势较低的尿素氧化反应代替氧析出反应对氢气制取具有重要意义。
[0003]同时，通过尿素电解，不仅可以高效制氢，还可以处理生活和工业废水中的污染物尿素，以尿素氧化反应代替氧析出反应的尿素电解反应既可以实现高效制氢，又可以处理污染物尿素，但尿素氧化反应受其缓慢电子转移过程的限制，同样需要使用电催化剂加快反应进程。镍基催化剂是碱性环境中催化尿素氧化反应中的使用最多的一类过渡金属催化剂。这是因为催化剂中的镍物种在碱性溶液中会自发形成Ni(OH)2，在电解过程中Ni(OH)2会被氧化成NiOOH，NiOOH对尿素的氧化反应具有很高的催化活性。现有技术中，在钛网上合成了一种多孔花状钼掺杂NiS，以1.53V vs.RHE(可逆氢电极)的电势下实现50mA/cm2的电流密度；中国专利申请CN 114388830 A公开了一种通过引入铑纳米颗粒改善NiO催化活性的方法，上述已知的方法为改善催化活性，都使用了贵金属，会限制大规模的工业化生产。
[0004]综上，电极的催化性能不仅仅和表面物质本身的活性有关，还会材料本身的电子导电性有关系。在获得优秀电催化性能的同时降低生产成本，需要合理规划催化剂电极的活性与制备材料导电性有利于充分发挥活性物质的催化能力。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：
[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种在泡沫镍表面获得多级树状结构的镍硫化物复合材料作尿素氧化催化剂电极Ni
x
S
y
/NF的制备方法，以实现优秀的电催化尿素氧化的活性和反应稳定性，仅需要1.343～1.352V vs.RHE的电势便可以获得10mA/cm2的电流密度。
[0007]采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术涉及一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，该方法包括首先合成含有镍和硫、具有多级树状纳米结构的前驱物，然后通过一步水热法在导电基体上结合所述前驱物得到镍硫化物复合材料，最后应用所述镍硫化物复合材料作为所述催化剂电极。
[0009]进一步限定，导电基体为泡沫镍。
[0010]进一步限定，所述尿素氧化催化剂电极制备方法的具体步骤还包括：
[0011]S1：合成具有多级树状纳米结构前驱物：将氯化镍和柠檬酸钠二水合物的去离子水溶液和六氰钴酸钾去离子水溶液充分混合，然后经过离心洗涤得到沉淀并干燥获得所述前驱物；
[0012]S2：泡沫镍预处理：去除泡沫镍的氧化层，并用去离子水和乙醇冲洗后干燥备用；
[0013]S3：通过水热法制备所述尿素氧化催化剂电极：将步骤S1获取的所述前驱物制备成悬浊液，将Na2S溶液与所述悬浊液混合，再放入步骤S2中预处理的泡沫镍，最后将上述混合液体通过水热法得到在泡沫镍表面获得多级树状结构的镍硫化物复合材料，利用得到的所述复合材料制备所述尿素氧化催化剂电极。
[0014]进一步限定，在S1中所述前驱物的具体合成步骤为：
[0015]S11：将氯化镍和柠檬酸钠二水合物溶解于去离子水中；
[0016]S12：将六氰钴酸钾同样溶解于与S11中等量的去离子水中；
[0017]S13：将步骤S11和S12中获得的两种溶液混合，并充分搅拌后在室温下静置24小时；
[0018]S14：将S13中混合后的溶液通过多次离心洗涤得到沉淀，并将所述沉淀在烘箱干燥后得到所述前驱物。
[0019]进一步限定，在S11中，氯化镍和柠檬酸钠二水合物的摩尔比为2:3。
[0020]进一步限定，在S11和S12中具体为：将6mmol氯化镍和9mmol柠檬酸钠二水合物溶解在200mL去离子水中；将4mmol六氰钴酸钾同样溶解在200mL去离子水中。
[0021]进一步限定，在S2中泡沫镍预处理具体步骤包括：
[0022]S21：将泡沫镍剪切成2
×
3cm2大小，并通过超声去除泡沫镍的氧化层；
[0023]S22：用去离子水和乙醇冲洗至中性，冲洗后在室温条件下干燥备用。
[0024]进一步限定，在S3中通过水热法制备所述催化剂电极，具体还包括以下步骤：
[0025]S31：将一定量的所述前驱物分散在乙醇中，并经过超声处理后得到均匀悬浊液；
[0026]S32：将一定量硫化钠九水合物溶解在去离子水中，得到Na2S溶液；
[0027]S33：将步骤S32得到的所述Na2S溶液与步骤S31得到的所述悬浊液混合后，放入步骤S2中预处理后的泡沫镍；
[0028]S34：最后放入水热釜，在100℃下保持6h后，将得到的产物用去离子水和乙醇反复冲洗，在40℃下烘干得到所述催化剂电极。
[0029]进一步限定，在S31和S32中，具体可将100mg所述前驱物分散在20mL乙醇中，并通过超声处理40min后形成均匀的悬浊液；同时，将2.5mmol硫化钠九水合物溶解在10mL去离子水中，制成Na2S溶液。
[0030]一种采用上述制备方法得到的尿素氧化催化剂电极，所述电极应用于分解尿素并析出氢。
[0031]本专利技术的有益效果在于：
[0032]1.本专利技术的制备方法反应能在较低温度下仅经过一步水热法制成，耗能低、易控制、原料成本低、制备方法简单。
[0033]2.本专利技术在反应后的泡沫镍表面得到多级树状纳米结构，其中中空NiS纳米框架
结构形貌好，利于暴露活性位点，泡沫镍表面的Ni3S2微米杆帮助分散NiS纳米框架结构以避免活性成分堆积，Ni3S2晶体结构中存在的Ni
‑
Ni键有利于电子的快速传递，进而拥有较好的电子导电性。
[0034]3.本专利技术基于泡沫镍表面独特的结构，获得了优秀的电催化尿素氧化活性。只需要1.343V vs.RHE(可逆氢电极)就能够以10mA/cm2的电流密度电解含1M KOH和0.33M尿素的水溶液，并且在该电流密度下连续电解25h后性能仅下降了3.0％。还能在1.352V vs.RHE的电势下以10mA/cm2的电流密度电解含1M KOH的真实尿液，显示出处理尿液以及富含尿素废水的潜能。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，其特征在于，该方法包括：首先合成含有镍和硫、具有多级树状纳米结构的前驱物，然后通过一步水热法在导电基体上结合所述前驱物得到镍硫化物复合材料，最后应用所述镍硫化物复合材料作为所述尿素氧化催化剂电极。2.根据权利要求1所述一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，其特征在于，所述导电基体为泡沫镍。3.根据权利要求2所述一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，其特征在于，所述尿素氧化催化剂电极制备方法的具体步骤还包括：S1：合成具有多级树状纳米结构前驱物：将氯化镍和柠檬酸钠二水合物的去离子水溶液和六氰钴酸钾去离子水溶液充分混合，然后经过离心洗涤得到沉淀并干燥获得所述前驱物；S2：泡沫镍预处理：去除泡沫镍的氧化层，并用去离子水和乙醇冲洗后干燥备用；S3：通过水热法制备所述尿素氧化催化剂电极：将步骤S1获取的所述前驱物制备成悬浊液，将Na2S溶液与所述悬浊液混合，再放入步骤S2中预处理的泡沫镍，最后将上述混合液体通过水热法得到在泡沫镍表面获得多级树状结构的镍硫化物复合材料，利用得到的所述复合材料制备所述尿素氧化催化剂电极。4.根据权利要求3所述一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，其特征在于，在S1中所述前驱物的具体合成步骤为：S11：将氯化镍和柠檬酸钠二水合物溶解于去离子水中；S12：将六氰钴酸钾同样溶解于与S11中等量的去离子水中；S13：将步骤S11和S12中获得的两种溶液混合，并充分搅拌后在室温下静置24小时；S14：将S13中混合后的溶液通过多次离心洗涤得到沉淀，并将所述沉淀在烘箱干燥后得到所述前驱物。5.根据权利要求4所述一种泡沫镍负载镍硫化物作尿素氧化催化剂电极的制备方法，其特征在于，在S11中，氯化镍和柠檬酸钠二水合物的摩尔比为2:3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秉钧，刘泓沁，文东升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：