[发明专利]基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂、其制备方法及应用。本发明利用六水合三氯化铁和尿素制备的低共熔溶剂来制备镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂，所用原料廉价易得、成本低，操作工艺极为简单，反应条件易于实现，不需要高温条件，耗能少，且制备周期短，适于工业化生产。所得到的催化剂是负载于泡沫镍上的镍铁双金属氢氧化物，其中的催化活性成分是镍铁双金属氢氧化物(NiFe‑LDH)，其具有分级结构，即纳米片组成的纳米花状结构。所得催化剂具有较好的电催化电解水和尿素的性能。

技术领域

本发明涉及一种基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂、其制备方法及应用，属于能源材料技术领域。

背景技术

目前，以石油、煤为代表的传统能源的过度使用造成了极为严重的环境污染，同时能源耗尽的风险，环境污染、能源匮乏等问题引起了人们广泛的关注。为此，需要开发绿色能源以满足人类需求并减少环境污染。其中，氢能具有清洁高效等优点，电催化水裂解是制氢的重要方法之一。然而，在电催化水裂解过程中，由于析氧反应(OER)的存在，水裂解所需要的理论电压为1.23V，极大地限制了电解水的应用。所以，人们需要降低制氢所需要的电压，因此电解尿素应用而生。电解尿素(UOR,CO(NH₂)₂+H₂O＝＝＝N₂+3H₂+CO₂)所需要的理论电压仅为0.37V；更加值得一提的是，电解尿素还可以处理尿素废水，具有更高的应用价值。

为了更高效的电解水和尿素，电催化剂的研究成为热点。镍铁双金属氢氧化物(NiFe-LDH)是一种常见的电解水析氧催化剂，其拥有催化性能好，易于制备，结构可调等优点；其制备方法有水热法、电沉积法、浸渍法等等。中国专利文献CN108283926A公开了一种原位生长在泡沫镍上具有层状结构的镍铁双金属氢氧化物的制备方法；采用六水合硝酸镍，九水合硝酸铁，尿素，氟化铵和泡沫镍为主要原料，将六水合硝酸镍，九水合硝酸铁，尿素和氟化铵加入水中混合均匀，然后加入处理后的泡沫镍，最后经水热反应制得。该方法采用水热法，耗能较高，且制备时间较长；所得催化剂作为电催化产氧催化剂在一定程度上提高了碱性条件下的OER催化性能，但OER催化性能仍待进一步提高。

同时，目前基于双金属氢氧化物在电解尿素方面的报导仍然是空白。

低共熔溶剂是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键给体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，其凝固点显著低于各个组分纯物质的凝固点。其中最常见的低共熔溶剂为氯化胆碱/尿素，氯化胆碱/丙三醇等。作为离子液体类似物，低共熔溶剂拥有离子液体的优点，同时低共熔溶剂也具有易于制备，生物相容性好，毒性低等独特的优点。因此低共熔溶剂广泛应用于无机纳米材料的制备中。但目前没有应用低共熔溶剂制备镍铁双金属氢氧化物(NiFe-LDH)的报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂及其制备方法。本发明利用六水合三氯化铁和尿素制备的低共熔溶剂来制备镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂，所用原料廉价易得、成本低，操作工艺极为简单，反应条件易于实现，不需要高温条件，耗能少，且制备周期短，适于工业化生产。所得到的催化剂是负载于泡沫镍上的镍铁双金属氢氧化物，其催化活性成分是镍铁双金属氢氧化物(NiFe-LDH)。本发明所制备的镍铁双金属氢氧化物具有分级结构，即纳米片组成的纳米花状结构，具有较大的比表面积和较好的电催化电解水和尿素的性能。

本发明还提供一种基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂在电催化电解尿素和水中的应用。

术语说明：