[发明专利]一种三维自支撑多孔泡沫镍负载超细钯纳米粒子电极的制备方法及其应用

说明书

一种三维自支撑多孔泡沫镍负载超细钯纳米粒子电极的制备方法及其应用，它涉及一种钯纳米粒子的复合材料的制备方法及其应用。本发明是要解决现有的Pd纳米粒子之间形成不稳定的结合，载体的导电性低，现有的制备工艺涉及高温高压极大地限制了复合材料大规模应用的技术问题。本发明的制备方法如下：一、制备Na₂PdCl₄的水溶液；二、泡沫镍的预处理；三、浸泡。本发明的三维自支撑多孔泡沫镍负载超细钯纳米粒子电极作为工作电极电催化去除水中的卤代抗生素。本发明将超细钯纳米粒固定在三维自支撑镍泡沫表面上，通过表面Ni原子与钯盐的简单自发氧化还原反应来实现。

技术领域

本发明涉及一种钯纳米粒子的复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

当今世界大规模过度的使用抗生素使其对水生环境和人类健康造成了严重的威胁。这其中特别是卤化抗生素，占据了我国抗生素使用总量的近40％，由于其对环境的持久性和严重的生物毒性，近年来引起了公众的关注。在抗生素中，氟苯尼考作为一类广泛运用的抗菌药物，在细菌蛋白质合成过程中具有有效的抗消化作用。因此，氟苯尼考作为氯霉素的替代品，在许多国家被广泛用于兽医领域来治疗多种感染性疾病。然而，由于氟苯尼考其抗菌和难降解的特性，使其在不能生物降解的水生环境和沉积物环境中积累了越来越多，这也进一步刺激了细菌抗药性基因的产生，因此迫切需要开发有效的技术和方法来改善氟苯尼考的降解，并在其自然排放之前消除其毒性。

众所周知，卤素原子在卤代抗生素的抗菌活性中起着重要的作用。脱卤技术，如微生物脱卤，芬顿反应被广泛用于脱卤和消除卤化污染物的毒性。然而，这些技术由于效率低、二次污染和能耗高等缺点而受到限制。近年来，以钯(Pd)为催化剂的电化学还原脱卤技术以其高效、不需要额外还原剂、副产物生成少等优点而受到越来越多的关注。Pd由于析氢电位低，原子氢的吸附和储存容量大，在保留大量的原子H*(一种强大的还原剂)方面显示出很大的优势。随着纳米材料和纳米技术的发展，由于Pd原子的高利用率，具有超细结构的Pd纳米粒子将表现出很好的脱卤性能，但在实际生产过程中，Pd纳米粒子往往是团聚而不稳定的。为了最大限度地提高Pd的脱卤性能，人们利用各种衬底材料分散Pd纳米粒子，如Ti/TiO₂纳米管和还原石墨烯氧化物减小Pd纳米颗粒的尺寸，而Pd纳米粒子通常通过含氧官能团与Pd纳米粒子相互作用，形成不稳定的结合。此外，载体的低导电性有待进一步提高，而且现有的制备工艺涉及高温高压，极大地限制了载体的大规模应用，因此，开发一种商业上可行的方法，在高导电性的开放式框架结构上制备超细Pd纳米粒子，以提高其催化活性和脱卤效率势在必行。

泡沫镍由于其良好的三维多孔结构和较高的导电性，被广泛应用于电极材料的研究中。此外，Ni具有比Pd更强的氢-金属(M-H*)结合强度，并且在Ni表面很容易发生析氢反应(HER)，从而导致更多的分子氢用于加氢脱氯。

发明内容

本发明是要解决现有的Pd纳米粒子通常通过含氧官能团与Pd纳米粒子相互作用，形成不稳定的结合，载体的低导电性低，而且现有的制备工艺涉及高温高压，极大地限制了载体的大规模应用的技术问题，而提供了一种三维自支撑多孔泡沫镍负载超细钯纳米粒子电极的制备方法及其应用。

本发明的三维自支撑多孔泡沫镍负载超细钯纳米粒子电极的制备方法如下：

一、制备Na₂PdCl₄的水溶液：将PdCl₂和NaCl溶解于去离子水中，在室温下匀速搅拌12h～14h，制得浓度为0.08mol/L～0.12mol/L的Na₂PdCl₄水溶液；所述的PdCl₂和NaCl的物质的量的比为1:2；

二、泡沫镍的预处理：将泡沫镍剪裁成尺寸为1cm×3cm×2mm～3mm的长方体，然后放入3mol/L的HCl水溶液中浸泡15min～20min除去氧化层，然后用去离子水和乙醇分别超声洗涤3次去除表面的有机物，最后在室温下自然风干；