[发明专利]一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂、制备方法及其应用，属于铂基电催化剂制备技术领域，本发明的方法具体是将经过预处理的泡沫镍作为导电基底和镍源，置于含有氯铂酸的溶液中，通过一步水热合成法制备了泡沫镍支撑的铂‑氢氧化镍材料，并将该材料作为氨的电化学氧化反应的催化剂，展现出了良好的电催化活性。本发明提出的催化剂制备方法不仅镍盐的使用，降低了催化剂制备成本，而且采用一步原位生长法避免了粉体材料的喷涂等负载过程，同时提升了催化剂结构的稳定性。本发明丰富和拓宽了氨的电化学氧化反应催化剂的制备方法和材料种类。

技术领域

本发明属于铂基电催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

随着全球能源问题和环境问题的加剧，寻找清洁高效的化石燃料替代品成为新的研究热点。氨(NH₃)，是一种很有前景的化石燃料替代品，具有储氢能力高(17.7wt％)、体积能量密度高、运输和储存方便、生产成本低、易液化等突出优点，进而在能源领域受到广泛关注。另外，水体中的NH₃和NH₄⁺浓度超过规定标准，就会导致水体富营养化，威胁水生生物的健康，甚至对人体造成伤害。因此，高效去除水体中NH₃和NH₄⁺同样具有重要意义。

氨的电化学氧化反应是解决能源和环境问题的最重要的反应之一。它是直接氨燃料电池、氨电解、废水修复和电化学传感器中的阳极反应。然而，缓慢的反应动力学过程成为限制其应用的挑战之一。由于展现出过电势低、弱的结合力和大的电流敏度等优势，贵金属铂被认为是氨的电化学氧化反应的最好的催化剂。但是，铂在地球上储备量低，这使铂催化剂价格较高，为了解决这个问题，科学家们通过形貌和尺寸控制、合金化以及复合等方法提高催化剂的催化活性、提升铂的利用率并降低铂基催化剂的成本。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂、制备方法及其应用，本发明的方法是通过一步原位生长法，以泡沫镍作为镍源和导电基底，通过水热合成法制备泡沫镍支撑的铂-氢氧化镍催化剂，并用于催化氨的电化学氧化反应。

本发明通过如下技术方案实现：

一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一：以泡沫镍为导电基底和镍源，对泡沫镍进行清洗；

步骤二：向去离子水中加入氯铂酸水溶液并超声分散，将步骤(1)清洗后的泡沫镍置于上述溶液中，并转移至反应釜进行水热反应，制备得到泡沫镍支撑的铂-氢氧化镍(Pt-Ni(OH)₂-Ni foam)。

进一步地，步骤一的清洗步骤具体为采用有机试剂及盐酸溶液依次超声清洗，每次超声清洗时间为15分钟，最后用去离子水清洗至中性，烘干备用；所述有机试剂为甲苯、丙酮或乙醇中的一种或多种。

进一步地，步骤二中氯铂酸的浓度为0.05～0.5mol/L，去离子水与氯铂酸水溶液的体积比范围为400：1～40：1。

进一步地，步骤二中水热反应的温度为100～180℃，反应时间为8～40小时。

另一方面，本发明还提供了一种用于氨的电化学氧化反应的催化剂在氨的电化学氧化反应中的应用，具体如下：利用电化学工作站，泡沫镍支撑的铂-氢氧化镍(Pt-Ni(OH)₂-Ni foam)、铂片(1.0cm×1.0cm)和饱和甘汞电极(SCE)分别为工作电极、对电极和参比电极；以1M KOH溶液作为电解液，采用循环伏安法(CV)，采用本发明制备得到的Pt-Ni(OH)₂-Ni foam催化剂进行氨的电化学氧化反应的催化能力测试。

与现有技术相比，本发明的优点如下：