[發(fā)明專利]一種泡沫鎳負載納米花狀硫化鎳-硫化鉬催化劑及制備方法和應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210091676.0
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114481203A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 張和鵬;楊少偉;曹月領;沈海東;祝凱;吳晨
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/054;C25B11/061;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B3/23;C25B3/07;C25B3/05
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種泡沫鎳負載納米花狀硫化鎳?硫化鉬催化劑及制備方法，活性組分為納米花狀硫化鎳?硫化鉬，含有大量異質結；所述納米花狀硫化鎳?硫化鉬異質結直接生長在泡沫鎳表面。本發(fā)明還提供了所述納米花狀硫化鎳?硫化鉬催化劑的制備方法與應用。本發(fā)明提供的泡沫鎳負載納米花狀硫化鎳?硫化鉬催化劑在電催化小分子生物質氧化以及析氫反應方面性能優(yōu)異，以其作為陰、陽極，在堿性水溶液中、較低的過電位下，可實現(xiàn)產氫和小分子生物質氧化同時發(fā)生，并且穩(wěn)定性好。該新型泡沫鎳負載納米花狀硫化鎳?硫化鉬催化劑結構新穎獨特，制備工藝綠色節(jié)能，且催化劑結構穩(wěn)定、催化性能優(yōu)異，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料的制備與應用領域，涉及一種泡沫鎳負載納米花狀硫化鎳-硫化鉬催化劑及制備方法和應用。

背景技術

據(jù)中國工程院《中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》(2008)，我國不含太陽能的清潔能源可開采資源量為2.148×10⁹噸標準煤，其中生物質占54.5％，是水電的2倍、風電的3.5倍，由此可見生物質材料的高效利用具有重要的意義。生物質經系列處理后可制備多種重要的高附加值化學品，作為石油、煤炭的有效替代。如由葡萄糖或果糖脫水生成的5-羥甲基糠醛(HMF)是一種具有高潛力的生物質平臺分子，可轉化為多種重要的高附加值化學品、塑料和液體燃料。2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作為HMF的氧化產物，既可用作合成藥物、農藥等的中間體，又可以作為石化產品對苯二甲酸的替代單體用于制備聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)等多種高分子材料。PEF塑料不僅具有綠色、環(huán)保、可持續(xù)的特點，同時與聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比還具有更高的耐熱性、力學強度以及高約一個數(shù)量級的氣體阻隔性能。因此，F(xiàn)DCA被評定為最具有附加價值的12種生物平臺化學品之一。

目前FDCA主要通過熱催化氧化HMF制得，但該過程存在反應條件苛刻(高溫、高壓、純氧氣)、HMF易降解、產物復雜等諸多問題，故急需開展綠色環(huán)保的合成方法。電催化反應可充分利用風力或太陽能發(fā)電所產生的電能，將這些間歇性能源轉化為化學能進行儲存，具有反應裝置簡便、易于在多種簡易環(huán)境下生產、操作條件溫和 (常溫常壓)、不額外消耗氧氣等諸多優(yōu)點，已成為熱催化反應的一種有效替代方法。早在1991年Grabowski就首次實現(xiàn)了HMF電催化氧化制備FDCA，此后有多種催化劑如貴金屬鈀及其合金、過渡金屬磷化物、硫化物、硒化物以及氧化物被設計制備，并應用于HMF到FDAC的電化學轉化，均表現(xiàn)出了較好的活性。然而多數(shù)的研究只是將注意力集中到了HMF氧化的陽極半反應上。氫氣作為一種清潔能源，被認為是傳統(tǒng)化石燃料的有效替代品，制備方法備受人們關注。在眾多方法中，電化學水解制氫法(HER)以其低能耗、清潔無污染的特點成為科研工作者研究的熱點。但在電解水制氫的過程中，由于陽極的析氧反應(OER)為四電子轉移過程，具有非常緩慢的動力學特征，致使整個電解水反應活性比較低，限制了陰極的產氫速率。另外，在HER 反應過程中，陽極產生的氧氣化學價值不高，且大批量生產過程中與陰極生成的氫氣共存，存在較大的安全風險。