[發明專利]一種NiMoO3

在審

• 申請號: 202010915277.2
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112023942A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 劉兆清;韓汶凱
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: B01J27/02
• 分類號: B01J27/02;B01J35/02;C25B1/00;C25B1/02;C25B11/06
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開一種NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料及其制備方法和應用，所述NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料包括泡沫鎳，以及負載在泡沫鎳上的被硫原子位取代的自支撐鉬酸鎳納米棒。本發明的NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料在作為UOR的電催化劑時，在堿性溶液中呈現良好的催化性能，具有較低的起始電勢、優異的反應動力學行為和電化學穩定性。

技術領域

本發明屬于電解制氫技術領域，尤其涉及一種NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球對能源需求的增加，電解水制氫技術作為一種很有前景的清潔能源生產和儲存技術受到了廣泛的關注。典型的電解水制氫系統通常包括陰極端的析氫反應(HER)和陽極端的析氧反應(OER)。在整個電解水的過程中，由于緩慢的四質子耦合反應動力學導致了OER具有極大的過電勢，使實際應用中電解水通常需要比理論過電勢更高的電壓。因此，尋找一種具有低過電勢的氧化反應來取代OER對降低能耗具有重要意義。

經研究，在堿性體系中，尿素氧化反應(UOR，CO(NH₂)₂+H₂O→3H₂+N₂+CO₂)具有較OER更低的過電勢，而且該氧化反應的產物為二氧化碳和氮氣，產物無毒無害；而且該反應能以富尿素廢水為原料，從而有效地減輕分解廢水和肥料產生的有毒的氨氮和硝態氮而造成的環境污染，同時實現制氫和廢水凈化。因此開發一種高性能復合材料使UOR能夠取代OER用于堿性電解水，不僅能降低水分解電壓，而且可以應用于環境污染降解領域，如此在解決環境污染問題的同時帶來額外的能源效應。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的第一個方面是提供一種NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料，對UOR具有高催化效率。

本發明所提供的NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料包括泡沫鎳，以及負載在泡沫鎳上的被硫原子位取代的自支撐鉬酸鎳納米棒。

所述自支撐指的是不通過粘結劑或粘結材料耦合，以載體為原料，從載體上自生長出納米棒陣列。本發明的位取代指的是硫原子取代了鉬酸鎳納米棒中的部分氧原子，硫原子位取代即硫取代。

所述被硫原子位取代的鉬酸鎳納米棒的直徑≤500nm，優選分布在400～500nm之間。

本發明的第二個方面是提供所述NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鉬酸鹽溶于低極性溶劑中，在pH為6～6.8下攪拌得到乳白色混合物；所述低極性溶劑選自乙醇或乙醇溶液、甲醇或甲醇溶液、丙酮或丙酮溶液中的至少一種；

(2)將乳白色混合物與泡沫鎳混合，經溶劑熱反應得到前驅體；

(3)對前驅體進行硫化，得到NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料。

本發明的制備方法中，將鉬酸鹽溶于低極性和弱酸性環境中，通過攪拌使鉬酸根以一種亞穩定的形態均勻分散在溶液中，所得溶液呈乳白色；在后續水熱反應中，低極性和弱酸性環境使鉬酸根利用泡沫鎳中的鎳原子在泡沫鎳表面原位形成鉬酸鎳納米棒陣列，不需要額外的鎳鹽，得到鉬酸鎳/泡沫鎳前驅體，且弱酸性環境可避免堿性氧化物的生成；最后經硫化在鉬酸鎳納米棒陣列中摻入硫原子，使用硫原子取代鉬酸鎳中的部分氧原子，得到NiMoO₃S/泡沫鎳復合材料。

步驟(1)中，所述低極性溶劑選自乙醇溶液，所述乙醇溶液濃度為50～70wt％。