[发明专利]一种镍基催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种镍基催化剂、制备方法及应用。该催化剂包括具有导电性的三维网状基体和负载于其表面的镍、钼、磷、氧复合多孔纳米管，所述多孔纳米管具有催化活性。该催化剂的制备方法包括以下步骤：在基体上生长氧化锌纳米晶种，合成氧化锌纳米棒模板，电沉积法合成镍、钼、磷、氧复合多孔纳米管电催化材料。该催化剂在尿素氧化反应中表现优异。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种镍基催化剂、制备方法及应用。

背景技术

尿素氧化反应(Urea Oxidation Reaction，简称UOR)是直接尿素燃料电池(Direct Urea Fuel Cell，简称DUFC)和尿素辅助电解制氢等新能源技术的核心半反应。其中，DUFC是一种可利用工业废水或生活污水中的尿素作为燃料来发电的新型燃料电池装置。而尿素辅助电解制氢则是通过向含有尿素的水溶液中施加电压，在电解池的阴极得到氢气，在阳极发生UOR，从而实现清洁能源生产和富含尿素废水净化的双重目的。

然而，UOR反应需经历6e^—转移过程，因而动力学缓慢；并且该反应起始氧化电位过高，需要高活性催化剂来促进反应速率。上述问题极大地限制了UOR参与的新能源技术的发展。尽管贵金属基催化剂(如Pt、IrO₂和RuO₂)被证明具有较高的UOR活性，但由于其高成本以及资源的稀缺性，限制了它们的大规模应用。因此，开发具有低成本、高活性的UOR电催化剂对提高DUFCs和尿素辅助电解制氢的能量转化效率至关重要。

为了解决上述成本、资源问题，镍基UOR电催化剂成为了研究热潮。其中包括镍基合金、氢氧化物、氧化物、磷化物、硫化物以及它们的复合物等。其中，掺杂有过渡金属钼和非金属原子的NiMoM(M＝P，O，S)复合材料，在UOR反应中，催化活性和稳定性优异。

工业上为了使低成本的镍基催化材料具有更多的可接触催化位点，同时加速电子转移，常经过水热结晶、高温煅烧、高温磷化、高温硫化和化学刻蚀模板等过程，以使催化材料形成纳米、多孔、中空等微观结构。然而这些合成工艺，路线较长，步骤复杂；且高温处理等方法存在能耗高、成本高的问题；化学刻蚀法常使用强酸、强碱试剂，且生成PH₃、H₂S等有毒气体，造成对环境的危害。此外，合成的镍基催化剂在催化应用过程中的活性与稳定性并不尽如人意。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。

为此，本发明的第一方面提供了一种镍基催化剂，以解决目前镍基催化剂催化活性低、稳定性差的问题。

本发明的第二方面提供了上述镍基催化剂的制备方法。

本发明的第三方面提供了上述镍基催化剂在催化尿素氧化反应中的应用。

本发明的第一方面提供了一种镍基催化剂，该催化剂包括：

三维网状基体，所述三维网状基体具有导电性；以及

多孔纳米管，所述多孔纳米管分布于所述三维网状基体表面，所述多孔纳米管由镍、钼、磷、氧四种元素组成。

根据本发明的一种实施方式，所述多孔纳米管由相互连接的复合纳米球堆叠而成，所述复合纳米球包括镍、钼、磷、氧四种元素。

复合纳米球包括镍、钼、磷、氧四种元素，指单个复合纳米球同时含有镍、钼、磷、氧四种元素。

根据本发明的一种实施方式，所述三维网状基体可以是泡沫镍。

根据本发明的一种实施方式，所述多孔纳米管的长度为1μm～2μm。

根据本发明的一种实施方式，所述多孔纳米管的直径为200nm～400nm。

根据本发明的一种实施方式，所述多孔纳米管的管壁厚度为50nm～100nm。