[发明专利]一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极，包括基底，依次设置在所述基底一侧或两侧表面的硼氮镍共掺杂的金刚石薄膜层和多晶镍薄膜层，其中，所述金刚石薄膜层的表层设有多个纳米孔，所述多晶镍薄膜层覆盖在未设置所述纳米孔的所述金刚石薄膜层表面上。该多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极具有能耗低、稳定性强和电催化还原效率高等优点，可广泛应用于对卤代有机物的降解。本发明还提供了一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及电催化材料技术领域，具体涉及一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极及其制备方法和应用。

背景技术

卤代有机物具有水溶性低、挥发性低和亲脂性高等特点，是一类持久性有化污染物。卤代有机物的大量生产和使用，使其在环境中广泛分布，不仅在自然界的水中，而且在空气、土壤以及动植物体内都己检测出相关残留。研究表明，卤代有机物持久性强难以降解，具有神经、免疫、发育和生殖毒性，且易在生物体内富集。因此，将卤代有机物降解为低毒甚至无毒、易降解的物质，以降低其对人类、生态系统的危害迫在眉睫。

现有的降解卤代有机物的技术有许多，如生物法、吸附法、金属还原和电化学氧化法等，但生物降解法降解速度低，吸附法无法降解高浓度污染物，金属还原法催化剂易被氧化且无法完全脱卤。电化学氧化法虽然可以氧化降解卤代有机物，是一种应用较为广泛的降解有机污染物的方法，但是该方法要求阳极材料能产生大量的·OH、O^2-等活性氧自由基，使得在氧化降解的过程中需要很高的电压或者电流，导致能耗非常高。近来发展的电催化还原法是通过阴极产生的电子或活性氢实现对卤代有机物的脱卤，并将其转化为易生物降解、无毒或低毒的化合物。电化学还原法相比于较其他方法，具有能耗低、环境友好、降解效率高等优点，目前广泛应用于对卤代有机物的降解。

电化学还原法脱卤的效率主要取决于电极材料，目前，石墨、钯(Pd)、银 (Ag)、铂(Pt)等是用于电还原脱卤的主要材料；其中常用于电还原脱卤的贵金属电极的电还原活性虽高，但析氢过电位低、脱卤时伴随着剧烈的水分解副反应，且贵金属稀有、价格昂贵，限制了其应用。石墨的析氢过电位比贵金属高、相对廉价，但其电还原脱卤活性还有待进一步提高。

因此，有必要开发一种成本低、析氢过电位高、还原活性高和物理化学稳定性好的电极材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极及其制备方法和应用，所述多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极具有成本低、析氢过电位高、电催化还原活性高和物理化学稳定性好等特点。

第一方面，本发明提供了一种多孔硼氮镍共掺杂金刚石电极，包括基底，依次设置在所述基底一侧或两侧表面的硼氮镍共掺杂的金刚石薄膜层和多晶镍薄膜层，其中，所述金刚石薄膜层的表层设有多个纳米孔，所述多晶镍薄膜层覆盖在未设置所述纳米孔的所述金刚石薄膜层表面上。

可选地，所述多晶镍薄膜层包括多个纳米通孔，所述纳米通孔与所述纳米孔相贯通。

可选地，所述纳米孔垂直设置在所述金刚石薄膜层的表层，所述纳米孔的孔径为100-250nm；所述金刚石薄膜层的表层的厚度与所述金刚石薄膜层的总厚度之比为1:(40-60)。

可选地，所述多个纳米孔在所述金刚石薄膜层表面的总面积占有率为 20％-80％。

可选地，所述纳米孔的横截面形状包括圆形、三角形、矩形或梯形中的一种或多种。

可选地，所述基底的材质包括钛、钽、铌、钼、铬、硅、石墨和碳纤维中的一种或多种。