[發明專利]一種非常規晶相的鎳基金屬納米材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110389310.7
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113117719B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李萍;李文琴;陳冉;林于楠;趙世恩
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B22F9/30;C22C19/03;C02F1/461;C02F1/72;C02F101/16;C02F101/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 孫鳳俠

本發明屬于電催化氧化材料技術領域，具體涉及一種非常規晶相的鎳基金屬納米材料及其制備方法與應用。該方法操作簡單、條件可控，制備得到的非常規晶相的鎳基金屬納米材料中，鎳基金屬納米顆粒被包裹在氮摻雜碳層內，有效防止了催化過程中金屬顆粒的溶出和團聚，大大提高了材料的穩定性，并且在作為電催化劑處理含氮廢水時，具有優異的催化性能；進一步摻雜不同種類的金屬，結合金屬間的協同作用可有效調控催化主體金屬的電子結構，從而更加顯著地提高材料的本征催化活性。

技術領域

本發明屬于電催化氧化材料技術領域。更具體地，涉及一種非常規晶相的鎳基金屬納米材料及其制備方法與應用。

背景技術

水體污染是環境污染的主要污染之一。近年來，隨著工農業以及城市發展，含氮廢水的處理已經成為重點關注的環境問題，大量含氮廢水的隨意排放不僅對生態環境造成嚴重威脅，同時對人類的健康發展也產生了很多負面影響。其中，含氮廢水對水體環境的破壞尤為嚴重，不僅會減少水中含氧量，影響植物與魚類的生長，并且會通過食物鏈傳遞至人類，給人類帶來致癌、畸形等健康隱患，對人類與自然界都會造成不小的危害。

含氮廢水中常見的含氮污染物包括尿素、氨氮、肼、硫脲等。傳統含氮廢水的處理方法有物化法和生化法，但是這些方法或成本高、控制難；或效率低、穩定性差；或對反應條件苛刻，難以滿足條件，均不適合大規模使用。與傳統的含氮廢水處理方法相比，通過電氧化的方法既能夠有效地降解含氮廢水，也無需復雜的設備，無需高溫操作，是一種既經濟又快捷的含氮廢水降解技術。其中，含氮污染物的氧化涉及多電子轉移過程，動力學緩慢，因此，開發價格低廉、催化活性高的電催化劑材料以提高電氧化反應的催化效率是電氧化處理含氮廢水的關鍵。

近年來，過渡金屬基催化材料被廣泛研究并應用于電氧化處理含氮污染物。其中，鎳基金屬材料由于其成本低廉，結構組成靈活可調，導電性好等優點，已被公開用于處理含氮廢水中。如中國專利申請CN110078195A公開了一種基于光電催化生成氯氧自由基的氨氮廢水降解方法，該方法以鈀銅共修飾泡沫鎳作為陰極，利用光電催化反應產生自由基來將氨氮廢水中的氨氮轉化為氮氣，實現總氮的脫除；但是，該鎳基金屬材料在應用過程中的電催化活性和穩定性方面較差，仍無法滿足大規模工業化生產。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有電催化鎳基金屬材料電催化活性和穩定性較差，無法滿足要求的缺陷和不足，提供一種新型的電催化活性和穩定性較好的非常規晶相的鎳基金屬納米材料的制備方法。

本發明的目的是提供一種非常規晶相的鎳基金屬納米材料的制備方法。

本發明另一目的是提供所述制備方法制備得到的非常規晶相的鎳基金屬納米材料。

本發明另一目的是提供一種電催化劑。

本發明另一目的是提供所述非常規晶相的鎳基金屬納米材料或所述電催化劑在含氮廢水處理中的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種非常規晶相的鎳基金屬納米材料的制備方法，所述非常規晶相的鎳基金屬納米材料為金屬鹽和有機羧酸經溶劑熱反應得到金屬-有機配合物前驅體，再在惰性氣氛下將前驅體和晶相誘導劑一同熱解制得；

其中，所述熱解的溫度為300～750℃。

在無機固體化學領域，不同的晶體結構具有不同的金屬原子的堆積方式，從而導致不同的表面電子結構，進而可有效調控材料的本征催化性能。對于鎳金屬，其原子堆積可采用兩種晶相，即常規的熱力學穩定的面心立方(fcc)和非常規的六方緊密堆積(hcp)晶相。現有技術幾乎所有用于電催化氧化含氮污染物的鎳基金屬材料均是常規的fcc相；而非常規的hcp相Ni是熱力學介穩相，傳統的制備方法通常條件苛刻，流程復雜，因此有關hcp相鎳基金屬材料用于電催化氧化含氮污染物的研究尚未有報道。