[发明专利]一种NiO/Ni催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种NiO/Ni催化剂及其制备方法和应用，通过线性扫描伏安法和线性循环伏安法，泡沫Ni部分被氧化的NiO和被还原的Ni附着在泡沫Ni上，形成NiO/Ni催化剂，在三电极体系和碱性溶液条件下，NiO/Ni不仅具有良好的导电性而且可以有效的催化甲烷。在恒电位下，用所述NiO/Ni为催化剂，可以有效的电催化甲烷，甲烷的催化氧化产物为一氧化碳、甲醇、乙醇，特别是乙醇的形成，对甲烷的利用来说具有重要经济价值。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，涉及一种NiO/Ni催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

甲烷不仅是一种优质的气体燃料和清洁能源，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。甲烷作为天然气中的主要成分，资源储藏丰富，然而目前对天然气的利用以直接燃烧为主，利用率有限，因此，如何充分开发和利用天然气资源是众多科研人员努力研究的方向。特别是在电催化方面，科研工作者们希望把天然气直接用于电催化，通过直接电氧化甲烷使其转化为对人类更为有用的碳-碳化合物。

在常温常压下对甲烷直接电催化氧化是一个缓慢的研究过程，在上个世纪60年代就有科研工作者进行了探索，得出甲烷在Pt、Au、Pd、Rh、Ru等贵金属电极上电氧化时显示了不同的催化氧化活性，其中，CO₂是电氧化过程的主要产物。为了更好地对甲烷进行电催化氧化，本发明选用经过线性扫描伏安法和线性循环伏安法这两种电化学方法制备的NiO/Ni催化剂，经过线性扫描伏安和线性循环伏安，NiO和Ni可以有效的更为均匀的附着在泡沫Ni上，在恒电位下，对通入其中的甲烷进行催化氧化。结果得NiO/Ni催化剂该过程可以对通入其中的甲烷进行显著的催化氧化，生成一氧化碳、甲醇和乙醇产物，特别是乙醇，由甲烷到乙醇，发生了碳-碳键结合，形成了C2化合物，具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种NiO/Ni催化剂及其制备方法和应用，通过线性扫描伏安法和线性循环伏安法，泡沫Ni部分被氧化的NiO和被还原的Ni附着在泡沫Ni上，形成NiO/Ni催化剂，在三电极体系和碱性溶液条件下，NiO/Ni不仅具有良好的导电性而且可以有效的催化甲烷。在恒电位下，用制备的NiO/Ni为催化剂，可以有效的电催化甲烷，甲烷的催化氧化产物为一氧化碳、甲醇、乙醇，特别是乙醇的形成，对甲烷的利用来说具有重要经济价值。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种NiO/Ni催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在三电极体系的碱性溶液中，将泡沫Ni作为工作电极，使用线性扫描伏安法，从负电压到正电压进行扫描，Ni被氧化为NiO，得到表面附着NiO的第一工作电极；

2)将所述第一工作电极作为工作电极，使用线性扫描伏安法，从正电压到负电压进行扫描，NiO被还原为Ni，得到第二工作电极；

3)使用线性循环伏安法，重复步骤1)和步骤2)一次以上，经过一次以上氧化还原即得到所述催化剂。

优选地，所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氨水中的一种或多种。更优选地，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液。

优选地，线性扫描伏安法的电压扫描区间为-2v～2v，如-2v～0v、0v～0.7v或0v～2v。更优选地，线性扫描伏安法的电压扫描区间为0v～1v。

优选地，线性扫描伏安法的扫速为1mV/s～100mV/s，如1mV/s～20mV/s、20mV/s～50mV/s或50mV/s～100mV/s。

优选地，线性循环伏安法的扫描圈数为100～1000，如100～500或500～1000。更优选地，线性循环伏安法的扫描圈数为400～1000圈。

本发明第二方面提供一种NiO/Ni催化剂，采用上述任一项所述的制备方法制得。