一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115771917A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202211457112.0C25B3/07(2021.01)(22)申请日2022.11.21(71)申请人北京科技大学顺德创新学院地址528399广东省佛山市顺德区大良致慧路2号(72)发明人郑金龙吕超杰任显卓成伽润吴凯利武继文刘焕明(74)专利代理机构北京希夷微知识产权代理事务所(普通合伙)16079专利代理师张乾桢(51)Int.Cl.C01G53/04(2006.01)C25B11/091(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B3/05(2021.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球的制备方法(57)摘要本发明提供一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球电催化材料的制备方法。通过湿化学法，静电吸附法与马弗炉煅烧法制得氟离子掺杂的氧化镍微米花球，然后通过氮气等离子体处理法，制得氮氟阴离子共掺杂的氧化镍微米花球。氮氟阴离子的共掺杂改变了氧化镍本身导电性较差的弱点，同时也增加了表面的活性位点。作为一种双功能催化剂，用于阳极5‑羟甲基糠醛的氧化转换与阴极节能产氢，在阳极电压下，5‑羟甲基糠醛被氧化为具有更高利用价值的2，5‑呋喃二甲酸，同时相同电流下阴极产氢所需电位大幅度降低，对实现生物质有效转换与节能产氢具有深远意义。该制备方法具有设备简单、易于实现控制、工艺重复性好、产品质量稳定等优点，具有广阔的应用前景。CN115771917ACN115771917A权利要求书1/1页1.一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球的制备方法，包括以下步骤：(1)氟掺杂氧化镍微米花球的制备：采用湿化学法与静电吸附法，称取一定量六水合硝酸镍与氟化铵溶解于一定体积无水乙醇中作为溶液一，随后量取一定体积的油胺溶解于一定体积的无水乙醇中作为溶液二，将溶液一转移至圆底烧瓶中，并置于恒温加热套内，磁子均速搅拌，将溶液二转移至蠕动泵中，以一定速度向圆底烧瓶内注入溶液二，恒温一定时长，自然降温后，用乙醇与正己烷离心洗涤多次，烘干后于马弗炉中进行煅烧处理，得到氟离子掺杂的氧化镍微米花球；其中，溶液一中六水合硝酸镍的用量为0.3～0.5g，氟化铵的用量为0.1～0.3g，无水乙醇体积为10～20mL；溶液二中油胺体积为3～5mL，无水乙醇体积为12～20mL；圆底烧瓶体积为50～100mL，蠕动泵的滴液速率为0.5～1.0mL/min，恒温加热套温度为150～170℃，恒温反应时长为3～5h；马弗炉煅烧温度为280～320℃，煅烧时长为2～3h；(2)氮氟共掺杂氧化镍微米花球的制备：采用等离子体处理法，将步骤(1)所得氟离子掺杂的氧化镍微米花球置于等离子反应器内，在一定压力与一定功率下，通入放电气体某一时长后，反应结束，所得产物为氮氟共掺杂氧化镍微米花球；其中，放电气体为氮气，气体流速为50～60sccm，反应器压力为10～15mToor，所用功率为30～50W，反应时长为5～8min。2CN115771917A说明书1/3页一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球的制备方法技术领域[0001]本发明涉及电催化及生物质转化领域，具体是一种氮氟共掺杂氧化镍微米花球催化剂的制备方法。背景技术[0002]电解水制取氢气是目前获取氢能源主要方式之一，在此过程中，阴极发生二电子还原反应，生产氢气，而阳极则发生四电子氧化反应生产氧气，该氧化过程复杂且动力学缓慢，严重降低了能量的转换效率，且相对而言氧气的利用价值有限。因此，用生物质氧化升级反应来代替缓慢的氧析出反应不仅可以降低整体能耗，而且阳极可以制得具有更大利用价值的化工原料。5‑羟甲基糠醛(5‑Hydroxymethylfurfural,HMF)，是一种优良的中间体，可进一步氧化为具有更高利用价值的2，5‑呋喃二甲酸(2,5‑furandicarboxylicacid,FDCA)。生物质氧化的传统工业方法往往涉及化学氧化剂的化学计量或使用昂贵的催化剂。因此电化学氧化技术由于较低的设备成本以及节能环保等优势，被认为是一种更有前景的制备策略之一。[0003]设计开发经济高效的电催化剂是实现生物质氧化转换与节能产氢的关键。目前，贵金属催化剂是公认性能最优的催化材料，但较低地球储量严重阻碍其进一步商业化应用。过渡金属材料，由于较高的储备量和优秀的催化活性，被认为是最有希望取代贵金属催化剂的材料。过渡金属氧化物，是目前研究最广泛的阳极材料，但较低的电子导电性会制约其性能的进一步提升。而阴离子掺杂技术，不仅可以改善材料本征电子结构，提高材料的导电性，改善材料表面与反应中间体的吸附脱附能，而且也会在材料表面构建一定的缺陷，这些缺陷位点也将会最大限度地提高材料的本征活性