[发明专利]一种非晶型硼酸镍纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种非晶型硼酸镍纳米片及其制备方法和应用，所述非晶型硼酸镍纳米片的制备方法，包括以下步骤：S1.向含镍溶液中加入阴离子表面活性剂，室温下搅拌，阴离子表面活性剂与含镍溶液中Ni²⁺的摩尔比为1:5～20；S2.搅拌结束后加入硼酸盐溶液，室温下搅拌反应，硼酸盐与含镍溶液中Ni²⁺的摩尔比为1:1～10；S3.静置，将所得沉淀物离心，洗涤，干燥后，所得固体即为非晶型硼酸镍纳米片。本发明所述制备方法简单、易实现、能耗低，在室温下即可制备得到非晶型硼酸镍纳米片，所得非晶型硼酸镍纳米片具有丰富的电活性位点可作为催化剂用于电催化氧化尿素产氢。

技术领域

本发明涉及纳米材料及电催化技术领域，更具体地，涉及一种非晶型硼酸镍纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

绿色能源中氢气已被公认为是替代化石燃料的理想能源。传统电催化水分解产氢气过程存在多重复杂的质子-耦合电子转移过程，理论上需要一个更高的电势值，才能达到整个反应的效果。尿素是一种传统的农业氮肥，目前尿素废水主要来源于工业排放和人类尿液，不及时处理会导致地表水的富营养化，同时尿素又是一种很好的氢载体，通过电化学方法将尿素废水转化为清洁能源H₂，在解决环境问题的同时，缓解了能源危机，一石二鸟。电催化尿素氧化与电解水产氢产氧相比，尿素氧化有更低的热力学电势，减小了反应的动力学。因此，利用电化学方法处理尿素废水以解决氢气能量存储问题是非常有必要的。

然而，由于阳极CO(NH₂)₂+6OH^-→N₂+5H₂O+CO₂+6e^-复杂的6e^-氧化还原，使得尿素氧化在实际应用过程中要面临由缓慢的反应动力学引起的过电位高现象，严重限制了该技术的整体效率。因此，迫切需要设计出高反应速率，低过电位的尿素阳极氧化催化剂。贵金属基的催化剂如：Ir，Ru，Pt等常用于电催化反应中，但由于价格高昂且自然界中存在量少，限制了工业上的大规模应用。过渡金属镍基催化剂在碱性条件下对尿素降解有很好的电催化性能。中国发明专利CN109142482A公开了(公开时间2019年1月4日)一种二价镍化合物修饰的聚吡咯/氧化石墨烯纳米材料，用于电催化降解尿素。中国发明专利CN110327942A公开了(公开时间2019年10月15日)一种片层微米花状MoS₂/Ni₃S₂/NiFe-LDH/NF材料合成方法，并用于电催化尿素氧化析氢。上述公开专利中，虽然降低了尿素氧化起始电位，但是电催化材料合成步骤复杂，很难应用到实际的工程化项目当中。因此，开发出一种价格低廉、合成方法简单、便于工业化生产的电催化剂，在电催化氧化尿素废水的同时解决能耗问题，具有重要的研究意义。

镍基材料中硼酸镍具有较好的电催化性能，中国发明专利CN103274425A公开了(公开时间2013年9月4日)一种花球状纳米硼酸镍的制备方法，该方法以镍盐和硼酸铵为原料，水热合成反应后经高温煅烧得到花球状硼酸镍。中国发明专利CN104477931A公开了(公开时间2015年4月1日)一种纳米硼酸镍晶体的制备方法，该方法通过将无机镍盐溶液加入到硼砂溶液中，搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥及煅烧得到纳米硼酸镍晶体。上述现有技术虽然都能制备得到硼酸镍，但所述制备方法都需经过高温煅烧，能耗大，且制备得到的硼酸镍均为结晶良好的硼酸镍纳米晶体，用于电催化氧化尿素产氢时活性低。

发明内容

本发明的首要目的是克服上述现有技术的不足，提供一种非晶型硼酸镍纳米片的制备方法。本发明所述方法在常温下，通过简单的络合反应就可制备硼酸镍，能耗低且制备得到的为非晶型硼酸镍。

本发明的进一步目的是提供上述制备方法制备得到的非晶型硼酸镍纳米片。

本发明的另一个目的是提供所述非晶型硼酸镍纳米片作为催化剂在电催化氧化尿素产氢中的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：