一种非晶态纳米催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种非晶态纳米催化剂、制备方法及其应用，属于纳米催化剂领域。本发明专利技术的非晶态纳米催化剂及其制备方法，采用简单的一步共沉淀法合成非晶态纳米催化剂，工艺简单且成本较低，制备得到的纳米催化剂表面富含Ni，具有良好的电化学催化氧化尿素的性能。本发明专利技术的非晶态纳米催化剂用于电催化氧化尿素，能够生成更多的NiOOH活性位点，且倾向于将尿素完全氧化，对尿素的催化效率较高，具有较高的尿素电氧化活性。素电氧化活性。素电氧化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶态纳米催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于纳米催化剂领域，尤其是一种非晶态纳米催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]尿素(CO(NH2)2)作为肥料在广泛使用的同时会产生富尿素废水。此外，尿素也是人和动物尿液的主要成分。大量未经处理的含尿素废水会自然转化为氨，进而氧化成环境污染物，如亚硝酸盐、硝酸盐和一氧化氮等。传统含尿素废水的处理方法，如生物分解、化学氧化和热水解等，不仅耗能，而且技术昂贵且效率低下。因此，尿素的管理和处理已成为重要的能源和环境问题。尿素由于其稳定、相对无毒且不易燃、易于储存和运输等特性，被视为长期可持续能源供应的氢载体。直接尿素燃料电池是一种很有前景的能源可持续发展途径，可以在发电的同时处理富尿素废水，进而产生清洁产物N2、CO2和H2O。但尿素电催化氧化反应速度缓慢，导致功率密度低，严重影响其应用。尿素电氧化活性组分NiOOH的生成电位较高和暴露的活性位点较少，导致其催化活性低，限制了直接尿素燃料电池的应用。因此，迫切需要开发一种促进NiOOH活性位点生成以提高尿素电氧化活性的高性能电催化剂。
[0003]为了提高尿素电氧化活性，人们在尿素电氧化非贵金属镍基电催化剂的设计上投入了大量的精力，但其催化性能还不是特别令人满意，且制备过程复杂。因此，开发活性位点丰富均匀、合成方法简便、活性强的纳米催化剂是尿素电氧化的迫切要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种非晶态纳米催化剂、制备方法及其应用。<br/>[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种非晶态纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)配制Ni(NO3)2水溶液和Na2WO4水溶液；
[0008](2)将Na2WO4水溶液逐滴滴加到Ni(NO3)2水溶液中，滴加过程中伴随着搅拌，得到悬浮液；
[0009](3)将所述悬浮液持续搅拌，之后静止放置得到沉淀物；
[0010](4)洗涤沉淀物，之后烘干，得到非晶态纳米催化剂。
[0011]进一步的，步骤(1)中的Ni(NO3)2水溶液中，每30mL去离子水中溶解有 0.004～0.005mol Ni(NO3)2·
6H2O。
[0012]进一步的，步骤(1)中的Na2WO4水溶液中，每30mL去离子水中溶解有 0.004～0.005mol Na2WO4。
[0013]进一步的，步骤(2)中悬浮液中的Ni和W的物质的量之比为(0.8～1.25)： 1。
[0014]进一步的，步骤(4)中烘干温度为70℃。
[0015]一种非晶态纳米催化剂，根据本专利技术制备方法得到。
[0016]一种非晶态纳米催化剂，为纳米球状。
[0017]本专利技术所述的非晶态纳米催化剂的应用，用于电催化氧化尿素。
[0018]本专利技术的非晶态纳米催化剂的应用，作为直接尿素燃料电池的阳极催化剂。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术的非晶态纳米催化剂及其制备方法，采用简单的一步共沉淀法合成非晶态纳米催化剂，工艺简单且成本较低，制备得到的纳米催化剂表面富含Ni，具有良好的电化学催化氧化尿素的性能。
[0021]进一步的，以Na2WO4和Ni(NO3)2为原料，使用的化学试剂均为分析级，无需进一步纯化即可直接使用。
[0022]本专利技术的非晶态纳米催化剂用于电催化氧化尿素，能够生成更多的NiOOH活性位点，具有较高的尿素电氧化活性。
附图说明
[0023]图1为实施例1所制备的非晶态纳米催化剂的SEM图和EDX图；
[0024]图2为实施例1及对比例1
‑
3制备的产物的XRD图；
[0025]图3为实施例1所制备的非晶态纳米催化剂的HRTEM和SAED图；
[0026]图4为实施例1的非晶态纳米催化剂和对比例2的晶态NiWO4电极在1MKOH中、10mV
·
s
‑1扫速时的电化学性能图；
[0027]图5为实施例1的非晶态纳米催化剂和对比例2的晶态NiWO4电极在1MKOH+0.33M尿素中、10mV
·
s
‑1扫速时的电化学性能图；
[0028]图6为直接尿素
‑
过氧化氢燃料电池的结构示意图；
[0029]图7为实施例1的非晶态纳米催化剂阳极应用于直接尿素
‑
过氧化氢燃料电池在不同温度下的极化和功率密度曲线；
[0030]图8为实施例1的非晶态纳米催化剂原子比的STEM
‑
EDS结果；
[0031]图9为实施例1的非晶态纳米催化剂的XRF表征；
[0032]图10为实施例1的非晶态纳米催化剂和对比例1的光谱图，其中，图10(a)、图10(b)分别为无定形和结晶NiWO4催化剂上尿素氧化的原位IRRAS光谱，图10(c)、图10(d)分别为在无定形和结晶NiWO4催化剂上，尿素在开路电位下自解离的原位IRRAS光谱。
[0033]图11为光谱拟合结果，其中，图11(a)为实施例1非晶态的光谱拟合结果，图11(b)为对比例1的晶态NiWO4的光谱拟合结果；
[0034]图12为尿素和二氧化碳在非晶态纳米催化剂和结晶态NiWO4上的吸附构型；
[0035]图13为尿素和二氧化碳在非晶态纳米催化剂和结晶态NiWO4上吸附的自由能。
具体实施方式
[0036]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0037]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0038]钨酸镍(NiWO4)由于其结构稳定、催化性能优于WO3和NiO而受到光催化、超级电容器和电催化等领域的广泛关注。
[0039]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0040]实施例1
[0041](1)将0.005mol Ni(NO3)2·
6H2O和0.005mol Na2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶态纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制Ni(NO3)2水溶液和Na2WO4水溶液；(2)将Na2WO4水溶液逐滴滴加到Ni(NO3)2水溶液中，滴加过程中伴随着搅拌，得到悬浮液；(3)将所述悬浮液持续搅拌，之后静止放置得到沉淀物；(4)洗涤沉淀物，之后烘干，得到非晶态纳米催化剂。2.根据权利要求1所述的非晶态纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的Ni(NO3)2水溶液中，每30mL去离子水中溶解有0.004～0.005mol Ni(NO3)2·
6H2O。3.根据权利要求1所述的非晶态纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的Na2WO4水溶液中，每30mL去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹭，杨利伟，秦帅阳，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：