[發(fā)明專利]一種具有中空蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的Ni2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110320708.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113078329B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春棟;李林峰;孫華傳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;B01J13/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王攀

本發(fā)明公開了一種具有中空蛋黃?蛋殼(yolk?shell)結(jié)構(gòu)的Ni₂P/C納米復(fù)合材料的制備方法，屬于電催化電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，可以用于催化尿素電氧化反應(yīng)(UOR)析氫從而實(shí)現(xiàn)變廢為寶，所述制備方法分為兩個(gè)步驟：一、將一定比例的六水硝酸鎳、甘油、異丙醇混合，在室溫下攪拌后加入去離子水通過水熱法制備出甘油酸鎳蛋黃殼納米球；二、將所得的甘油酸鎳和次亞磷酸鈉采用化學(xué)氣相沉積法得到黑色粉末狀Ni₂P/C納米復(fù)合材料。本發(fā)明通過模板法制備出中空蛋黃?蛋殼納米結(jié)構(gòu)Ni₂P/C復(fù)合材料，該材料在尿素電氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性以及較低的成本，具有很大的商業(yè)化潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料與電化學(xué)儲(chǔ)能新能源技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種具有中空蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的Ni₂P/C納米復(fù)合材料的制備方法，得到的Ni₂P/C納米復(fù)合材料可作為高效的UOR催化劑。

背景技術(shù)

從自然資源和工業(yè)廢水中制氫被認(rèn)為是緩解嚴(yán)重的能源危機(jī)和日益嚴(yán)重的環(huán)境問題的有效途徑之一。燃料電池和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)被認(rèn)為是最有潛力的制氫策略，因?yàn)槠湓跉涞倪\(yùn)輸和儲(chǔ)存中是安全有效的，在這方面，甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、尿素燃料電池和其他使用低分子量有機(jī)物質(zhì)作為富氫燃料的裝置受到了廣泛關(guān)注。最近，尿素電化學(xué)氧化反應(yīng)的發(fā)展加深了對(duì)生產(chǎn)氫氣的可持續(xù)方法的認(rèn)識(shí)，因?yàn)槟蛩赜捎谄錈o毒、不易燃、可負(fù)擔(dān)的性質(zhì)，可以在工業(yè)規(guī)模上用作直接尿素燃料電池中有前途的燃料，另一方面，尿素也是來源于人類/動(dòng)物尿液、化肥工業(yè)和其他廢物的常見且豐富的污染物，廢水中的尿素在自然條件下會(huì)轉(zhuǎn)化為氨，并繼續(xù)被氧化為下一種水解污染物(如亞硝酸鹽、硝酸鹽和氧化氮)，因此，通過尿素電化學(xué)氧化反應(yīng)，由尿素產(chǎn)生的有毒和有害物質(zhì)引起的有害環(huán)境問題也可以被成功地處理。

一般來說，尿素電解(陽極:CO(NH₂)₂+6OH-→N₂+5H₂O+CO₂+6e-，陰極:6H₂O+ 6e-→3H₂+6OH)在制氫過程中的陽極反應(yīng)中表現(xiàn)出明顯優(yōu)于水分解(陽極:析氧反應(yīng)，陰極:析氫反應(yīng))，因?yàn)樾枰^低的理論動(dòng)態(tài)電位(0.37V對(duì)1.23V)，然而，由于6e轉(zhuǎn)移過程，陽極尿素氧化反應(yīng)經(jīng)歷緩慢的動(dòng)力學(xué)，限制了尿素電解的整體性能。盡管最近報(bào)道了貴金屬基電催化劑(即銠、銥和鈀)對(duì)尿素氧化的顯著能力，但貴金屬的稀缺和高成本使得其不可能大規(guī)模應(yīng)用。迄今為止，非以往的金屬基催化劑，特別是鎳基材料，已成為更受歡迎和高活性的尿素氧化反應(yīng)(UOR)催化劑。例如，在以前的文獻(xiàn)中已經(jīng)廣泛地研究過N i(OH)₂，NiSe₂，NiMoO₄，NiLaO₃。

在鎳基材料中，Ni₂P因其豐富的可用性、低成本、高活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性而在電化學(xué)領(lǐng)域被廣泛研究，例如析氧反應(yīng)、析氫反應(yīng)、超級(jí)電容器和加氫脫氧。就UOR而言，眾所周知，在UOR過程中，鎳磷化物可能被氧化成羥基氧化鎳，作為催化尿素氧化的主要活性位點(diǎn)。然而，在羥基氧化鎳形成后，電極材料的電導(dǎo)率明顯下降，使得UOR過程逐漸惡化，在這方面，通過碳涂層的納米結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)被認(rèn)為是在不改變本征催化機(jī)制的情況下提高電極材料導(dǎo)電性的最有效方法之一。例如，通過一鍋水熱法制備的氫氧化鎳-碳納米管復(fù)合材料顯示出顯著的電化學(xué)尿素氧化性能，最大峰值電流密度為98.5mA/cm²，這可歸因于獨(dú)特的層狀碳納米管導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和高三價(jià)鎳物種含量。此外，據(jù)報(bào)道，用超薄氮摻雜碳層涂覆的二維鎳/氧化鎳納米片被很好地設(shè)計(jì)，包含許多肖特基異質(zhì)界面，該催化劑顯示了在10mA/cm²下1.35V的UOR潛力，這是由于在異質(zhì)界面自驅(qū)動(dòng)電荷再分配后尿素分子的可行裂解，受這些因素的啟發(fā)，將活性Ni₂P與導(dǎo)電碳材料耦合，以及暴露許多活性位點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是非常理想的，但也是具有挑戰(zhàn)性的。

發(fā)明內(nèi)容