[发明专利]海绵镍基纳米管阵列异质结构催化材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种海绵镍基纳米管阵列异质结构催化材料的制备方法，包含如下步骤：步骤[1]海绵镍基锌纳米棒自牺牲模板的制备；步骤[2]具有纳米管阵列的NiSn‑LDH层的合成；步骤[3]具有纳米管阵列的NiSnPr‑LDH/Pr₂O₃异质结构复合层的构建。通过该方法制备的催化材料对肼电化学氧化具有优良的催化性能，能够满足高效和经济的直接肼燃料电池商业应用要求。

技术领域

本发明涉及燃料电池电极材料领域，特别是一种用于电化学氧化过程的具高效和经济肼电化学氧化催化性能的海绵镍基纳米管阵列异质结构催化材料的制备方法。

背景技术

燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应转化为电能的发电装置，不受卡诺循环热效率的限制，具有高效的能量转化效率。以肼作燃料的直接肼燃料电池具有高达1.56V的理论输出电压和高达5.4KWh/L的理论能量密度，由于肼是氮氢化物，因此可以实现零排放，并且燃料肼的电氧化反应不会产生使电极催化材料中毒的物质。

然而，直接肼燃料电池中肼在阳极电极催化材料的作用下失去4个电子氧化生成氮气和水，这个反应过程的活化能较高，过电位较高，导致直接肼燃料电池肼电化学氧化反应较慢，反应难以高效进行。

因此，肼电化学氧化的直接肼燃料电池阳极催化材料需具有优良的肼电化学氧化催化性能、优良的电子传导性能和较大的反应比表面积。贵金属(Pt、Pd、Ag和Au)具有较突出的肼电化学氧化催化性能，然而，过高的贵金属阳极催化材料成本制约了直接肼燃料电池的大规模应用。

目前，已研发的直接肼燃料电池阳极非贵金属催化材料肼电化学氧化的催化性能还不理想，电子传导性能还有待提高，不能满足高效和经济的直接肼燃料电池商业应用要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种海绵镍基纳米管阵列异质结构催化材料的制备方法，通过该方法制备的催化材料对肼电化学氧化具有优良的催化性能，能够满足高效和经济的直接肼燃料电池商业应用要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海绵镍基纳米管阵列异质结构催化材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤[1]海绵镍基锌纳米棒自牺牲模板的制备；

步骤[2]具有纳米管阵列的NiSn-LDH层的合成；

步骤[3]具有纳米管阵列的NiSnPr-LDH/Pr₂O₃异质结构复合层的构建。

优选的，所述步骤[1]具体包括如下操作：

a1.2-氯-5-氯甲基吡啶在海绵镍表面的选择吸附：将三乙醇胺和四氢呋喃混合形成有机溶剂，将2-氯-5-氯甲基吡啶溶入该有机溶剂中，形成吸附液；将海绵镍浸入所述吸附液，室温浸泡5-9小时后取出，用丙酮清洗两遍后再用去离子水清洗三遍，完成2-氯-5-氯甲基吡啶在海绵镍表面的选择吸附；

a2.选择性电沉积形成海绵镍基锌纳米棒自牺牲模板：将三氟甲磺酸、均苯三甲酸、酒石酸钠和醋酸锌加入去离子水中，混合均匀形成电沉积液；将经步骤a1处理的海绵镍作为阴极，不锈钢板作为阳极，室温条件下恒定电压3V-6V，电沉积2-5分钟，取出后用丙酮清洗三遍后再用去离子水清洗三遍，从而完成海绵镍基锌纳米棒自牺牲模板的制备。

优选的，所述有机溶剂中三乙醇胺、四氢呋喃间的体积比为2～4:6～8；所述吸附液中2-氯-5-氯甲基吡啶浓度为142-185g/L。

优选的，所述电沉积液中三氟甲磺酸浓度为154-180g/L、均苯三甲酸浓度为10-22g/L、酒石酸钠浓度为166-184g/L、醋酸锌浓度为140-155g/L。

优选的，所述步骤[2]具体包括如下操作：