[发明专利]一种有机-无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料、制备方法与应用

说明书

本发明公开一种有机‑无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料、制备方法与应用，由NiO_1‑xF_x/Ni和碳层组成，NiO_1‑xF_x/Ni@C直接生长于泡沫镍(NF)上，得到NiO_1‑xF_x/Ni@C/NF纳米材料。本发明利用含氟有机物以插层的方式进入Ni(OH)₂层间，同时作为碳源和氟源，克服了传统氟掺杂方法易产生危险尾气及NiO纳米颗粒易团聚的缺点。NiO_1‑xF_x/Ni为核，提供高效活性位点；碳层为“铠甲”，在提高催化剂导电性的同时防止催化剂被腐蚀。双功能氟掺杂铠甲型纳米材料NiO_1‑xF_x/Ni@C/NF不仅可以作为HER、UOR双功能催化剂，还可对尿素废水进行高效降解。

技术领域

本发明涉及材料与电化学储能新能源技术领域。特别涉及一种电催化尿素降解催化剂，具体地说是一种有机-无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料、制备方法与应用。

背景技术

尿素(CO(NH₂)₂)广泛存在于工业废水和生活污水中，近年来富尿素废水因富营养化而成为水污染的主要来源。处理达不到标准的尿素废水排入水体后，容易致使水体出现富营养化，除了出现饮用水异味外，还会造成水中鱼、虾以及其他生物的死亡，甚至出现湖泊的干涸死亡。尿素可以转化为硝酸盐和有毒的氨，对人体健康构成威胁。因此，电化学氧化处理废水中的尿素，将尿素转化为无害的N₂和CO₂，受到了研究界的高度重视。电化学氧化处理尿素废水同时涉及阴极端的氢析出(HER)和阳极端的尿素氧化(UOR)两个反应。为降低工业制备成本及工艺流程复杂程度，开发HER、UOR双功能催化剂势在必行。

受限于复杂的六电子转移过程和多个中间吸附/解吸步骤，UOR的动力学通常存在内在的迟缓。因此，电氧化降解尿素的主要能耗来自于UOR端。人们已经认识到，在包括贵金属基化合物在内的各种材料中，镍(Ni)基催化剂在碱性介质中对UOR具有更高的氧化电流密度，然而该类材料通常具有过电位较高、以及动力学迟缓等不足，限制了其进一步的发展和应用。为了进一步提高镍基催化剂的本征活性和稳定性，采用构建异质结或掺杂异质原子的策略，产生更多的界面，暴露更多的活性位点，诱导原子畸变或内部缺陷来调整电子结构。其中，F元素因具有最高的电负性被认为能够有效调节Ni基催化剂的电子结构，从而调节催化剂对基体或中间体的吸附强度，最终提高其电化学性能。但是，传统氟掺杂策略大多是以氟化铵为氟源进行退火处理，该方法会产生大量HF尾气，对环境及人体健康造成威胁。另外，在电化学过程中，镍基催化剂的Ni易析出，造成活性位点的大量流失。

因此，如何提供一种能耗低、适于安全生产且能制备高效稳定的尿素降解催化剂的方法是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能耗低、适于安全生产的一种有机-无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料、制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种有机-无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料，由NiO_1-xF_x/Ni 和碳层组成，NiO_1-xF_x/Ni@C直接生长于泡沫镍(NF)上，得到 NiO_1-xF_x/Ni@C/NF纳米材料，其中，0x1。

上述一种有机-无机杂化法合成双功能氟掺杂铠甲型纳米材料，以 NiO_1-xF_x/Ni为核，以碳层为“铠甲”。