[发明专利]一种具有中空蛋黄-蛋壳结构的Ni2

说明书

本发明公开了一种具有中空蛋黄‑蛋壳(yolk‑shell)结构的Ni₂P/C纳米复合材料的制备方法，属于电催化电极材料制备技术领域，可以用于催化尿素电氧化反应(UOR)析氢从而实现变废为宝，所述制备方法分为两个步骤：一、将一定比例的六水硝酸镍、甘油、异丙醇混合，在室温下搅拌后加入去离子水通过水热法制备出甘油酸镍蛋黄壳纳米球；二、将所得的甘油酸镍和次亚磷酸钠采用化学气相沉积法得到黑色粉末状Ni₂P/C纳米复合材料。本发明通过模板法制备出中空蛋黄‑蛋壳纳米结构Ni₂P/C复合材料，该材料在尿素电氧化反应中表现出优异的催化活性和稳定性以及较低的成本，具有很大的商业化潜力。

技术领域

本发明涉及材料与电化学储能新能源技术领域，更具体的说是涉及一种具有中空蛋黄-蛋壳结构的Ni₂P/C纳米复合材料的制备方法，得到的Ni₂P/C纳米复合材料可作为高效的UOR催化剂。

背景技术

从自然资源和工业废水中制氢被认为是缓解严重的能源危机和日益严重的环境问题的有效途径之一。燃料电池和相应的能量转换技术被认为是最有潜力的制氢策略，因为其在氢的运输和储存中是安全有效的，在这方面，甲醇燃料电池、乙醇燃料电池、尿素燃料电池和其他使用低分子量有机物质作为富氢燃料的装置受到了广泛关注。最近，尿素电化学氧化反应的发展加深了对生产氢气的可持续方法的认识，因为尿素由于其无毒、不易燃、可负担的性质，可以在工业规模上用作直接尿素燃料电池中有前途的燃料，另一方面，尿素也是来源于人类/动物尿液、化肥工业和其他废物的常见且丰富的污染物，废水中的尿素在自然条件下会转化为氨，并继续被氧化为下一种水解污染物(如亚硝酸盐、硝酸盐和氧化氮)，因此，通过尿素电化学氧化反应，由尿素产生的有毒和有害物质引起的有害环境问题也可以被成功地处理。

一般来说，尿素电解(阳极:CO(NH₂)₂+6OH-→N₂+5H₂O+CO₂+6e-，阴极:6H₂O+ 6e-→3H₂+6OH)在制氢过程中的阳极反应中表现出明显优于水分解(阳极:析氧反应，阴极:析氢反应)，因为需要较低的理论动态电位(0.37V对1.23V)，然而，由于6e转移过程，阳极尿素氧化反应经历缓慢的动力学，限制了尿素电解的整体性能。尽管最近报道了贵金属基电催化剂(即铑、铱和钯)对尿素氧化的显著能力，但贵金属的稀缺和高成本使得其不可能大规模应用。迄今为止，非以往的金属基催化剂，特别是镍基材料，已成为更受欢迎和高活性的尿素氧化反应(UOR)催化剂。例如，在以前的文献中已经广泛地研究过N i(OH)₂，NiSe₂，NiMoO₄，NiLaO₃。

在镍基材料中，Ni₂P因其丰富的可用性、低成本、高活性和优异的稳定性而在电化学领域被广泛研究，例如析氧反应、析氢反应、超级电容器和加氢脱氧。就UOR而言，众所周知，在UOR过程中，镍磷化物可能被氧化成羟基氧化镍，作为催化尿素氧化的主要活性位点。然而，在羟基氧化镍形成后，电极材料的电导率明显下降，使得UOR过程逐渐恶化，在这方面，通过碳涂层的纳米结构调节被认为是在不改变本征催化机制的情况下提高电极材料导电性的最有效方法之一。例如，通过一锅水热法制备的氢氧化镍-碳纳米管复合材料显示出显著的电化学尿素氧化性能，最大峰值电流密度为98.5mA/cm²，这可归因于独特的层状碳纳米管导电结构和高三价镍物种含量。此外，据报道，用超薄氮掺杂碳层涂覆的二维镍/氧化镍纳米片被很好地设计，包含许多肖特基异质界面，该催化剂显示了在10mA/cm²下1.35V的UOR潜力，这是由于在异质界面自驱动电荷再分配后尿素分子的可行裂解，受这些因素的启发，将活性Ni₂P与导电碳材料耦合，以及暴露许多活性位点的优点是非常理想的，但也是具有挑战性的。

发明内容