[发明专利]一种泡沫镍负载纳米花状硫化镍-硫化钼催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种泡沫镍负载纳米花状硫化镍‑硫化钼催化剂及制备方法，活性组分为纳米花状硫化镍‑硫化钼，含有大量异质结；所述纳米花状硫化镍‑硫化钼异质结直接生长在泡沫镍表面。本发明还提供了所述纳米花状硫化镍‑硫化钼催化剂的制备方法与应用。本发明提供的泡沫镍负载纳米花状硫化镍‑硫化钼催化剂在电催化小分子生物质氧化以及析氢反应方面性能优异，以其作为阴、阳极，在碱性水溶液中、较低的过电位下，可实现产氢和小分子生物质氧化同时发生，并且稳定性好。该新型泡沫镍负载纳米花状硫化镍‑硫化钼催化剂结构新颖独特，制备工艺绿色节能，且催化剂结构稳定、催化性能优异，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备与应用领域，涉及一种泡沫镍负载纳米花状硫化镍-硫化钼催化剂及制备方法和应用。

背景技术

据中国工程院《中国可再生能源发展战略研究报告》(2008)，我国不含太阳能的清洁能源可开采资源量为2.148×10⁹吨标准煤，其中生物质占54.5％，是水电的2倍、风电的3.5倍，由此可见生物质材料的高效利用具有重要的意义。生物质经系列处理后可制备多种重要的高附加值化学品，作为石油、煤炭的有效替代。如由葡萄糖或果糖脱水生成的5-羟甲基糠醛(HMF)是一种具有高潜力的生物质平台分子，可转化为多种重要的高附加值化学品、塑料和液体燃料。2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为HMF的氧化产物，既可用作合成药物、农药等的中间体，又可以作为石化产品对苯二甲酸的替代单体用于制备聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)等多种高分子材料。PEF塑料不仅具有绿色、环保、可持续的特点，同时与聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比还具有更高的耐热性、力学强度以及高约一个数量级的气体阻隔性能。因此，FDCA被评定为最具有附加价值的12种生物平台化学品之一。

目前FDCA主要通过热催化氧化HMF制得，但该过程存在反应条件苛刻(高温、高压、纯氧气)、HMF易降解、产物复杂等诸多问题，故急需开展绿色环保的合成方法。电催化反应可充分利用风力或太阳能发电所产生的电能，将这些间歇性能源转化为化学能进行储存，具有反应装置简便、易于在多种简易环境下生产、操作条件温和 (常温常压)、不额外消耗氧气等诸多优点，已成为热催化反应的一种有效替代方法。早在1991年Grabowski就首次实现了HMF电催化氧化制备FDCA，此后有多种催化剂如贵金属钯及其合金、过渡金属磷化物、硫化物、硒化物以及氧化物被设计制备，并应用于HMF到FDAC的电化学转化，均表现出了较好的活性。然而多数的研究只是将注意力集中到了HMF氧化的阳极半反应上。氢气作为一种清洁能源，被认为是传统化石燃料的有效替代品，制备方法备受人们关注。在众多方法中，电化学水解制氢法(HER)以其低能耗、清洁无污染的特点成为科研工作者研究的热点。但在电解水制氢的过程中，由于阳极的析氧反应(OER)为四电子转移过程，具有非常缓慢的动力学特征，致使整个电解水反应活性比较低，限制了阴极的产氢速率。另外，在HER 反应过程中，阳极产生的氧气化学价值不高，且大批量生产过程中与阴极生成的氢气共存，存在较大的安全风险。