【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種富含多空位缺陷的鎳基電催化劑的制備方法，具體地說是先通過一步水熱法合成金屬摻雜的含陰離子空位的鎳基(m-nixny-nv)催化劑前體，然后通過電化學原位重構得到含多種空位缺陷的鎳基氫氧化物/氧化物(vm,n-ni(oxhy))催化劑的方法。
技術介紹
1、隨著人們大量使用石油能源來發電和生產增值化學品，加劇了全球變暖的危險。因此，人們開始關注開發可持續的清潔能源儲存和轉換技術，以減輕氣候變化的不利影響。生物質主要通過植物光合作用產生，是唯一兼具能源和原料雙重屬性的可再生資源。將生物質中的碳氫化合物選擇性轉化為燃料和高價值化學品，為最大限度地減少我們對不可再生資源的依賴提供了一條綠色途徑。5-羥甲基糠醛(hmf)是最受關注的纖維素衍生平臺化學品之一，可氧化生產合成聚合物單體、精細化學品、藥物前體、燃料添加劑、液體燃料等多種關鍵化工產品，具有極其廣闊的發展前景。其中2,5-呋喃二羧酸(fdca)是5-羥甲基糠醛氧化最有價值的產物，被用作生產生物聚合物以取代石油基聚對苯二甲酸乙二醇酯的重要單體。然而，有機化合物的經典化學氧化涉及高價鉻、錳、銅氧化合物、鉛鹽、活性二甲基亞砜、碘、有機氨基氧化物等。這些方法存在顯著的缺點，有毒(含錳的催化劑除外)，或者由于氧化轉化使用非催化材料(如氧化鋁、氧化鋁催化劑)進行，僅限于小規模反應，受到產品產量和分離方面的挑戰，因此限制了其工業規模的產業化應用。與此形成鮮明對比的是，電化學能作為一種更有效的替代和可持續的方法出現，它能夠氧化有機分子，而無需額外的昂貴或有毒的氧化劑。只需調整工作
2、鎳基催化劑(例如氫氧化鎳、硫化鎳、磷化鎳、硼化鎳等)已被證明是生物質電氧化的高效催化劑，由于其杰出的結構，受到廣泛的研究。據報道，在硫化鎳中摻雜鉬原子，在電化學原位重構后，鉬和硫原子浸出，獲得具有金屬空位的氧化鎳/氫氧化鎳(vm-nioxhy)催化劑，金屬空位能夠促進高價ni3+-o活性位點的形成，從而提高5-羥甲基糠醛催化性能；另外，在鎳鐵層狀氫氧化物中引入氧空位能夠促進5-羥甲基糠醛分子的吸附，同樣有利于5-羥甲基糠醛分子的氧化。隨著缺陷化學的發展，研究人員逐漸意識到空位缺陷(金屬空位缺陷和氧空位缺陷)在基于富空位納米催化劑的多相催化(如電催化)中的重要性。研究表明，在電化學過程中，具有空位缺陷的鎳基催化劑通常更容易在電解質中遭受不可逆的表面重構，從而導致氧化鎳/氫氧化鎳(nioxhy)物種的形成。然而，對于多空位鎳基催化劑高效催化5-羥甲基糠醛氧化的催化劑一直沒有報道，對于多空位協同促進5-羥甲基糠醛氧化的研究和應用至今仍未實現，也一直是一個瓶頸。
3、鑒于上述不足，本專利技術的題目在于提供一種能高效催化5-羥甲基糠醛氧化的富含多空位缺陷的鎳基電催化劑的制備方法。
技術實現思路
1、本專利技術技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種富含多空位缺陷的鎳基氫氧化物/氧化物催化劑(vm,n-ni(oxhy))，并用于5-羥甲基糠醛氧化反應中；利用一步水熱合成金屬摻雜的含陰離子空位的鎳基(m-nixny-nv)催化劑前體的方法，具有簡單、易于操作和控制的特點，有利于大規模的工業生產，具備顯著的經濟和社會效益。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案：
3、本專利技術首先公開了一種富含多空位缺陷的鎳基電催化劑的制備方法，包括如下步驟：
4、(1)分別將金屬前驅體、陰離子前驅體溶于30ml超純水中，用超聲機超聲溶解分散30min，得第一溶液；
5、(2)將泡沫鎳置于第一溶液中；采用磁力攪拌將泡沫鎳完全浸潤，得第二產物；
6、(3)將第二產物垂直置于密閉反應釜內襯中進行水熱反應，并洗滌、干燥，得第三產物；
7、(4)將第三產物置于過氧化氫溶液浸泡60s，隨后洗滌、干燥，得到金屬摻雜的含陰離子空位的鎳基(m-nixny-nv)催化劑前體；
8、(5)將金屬摻雜的含陰離子空位的鎳基(m-nixny-nv)催化劑前體在含有1mol/l氫氧化鉀的h型池子中電化學原位重構，即得一種富含多空位缺陷的鎳基電催化劑。
9、進一步地，步驟(1)所述金屬前驅體包括但不限于：
10、鎢酸鈉二水合物，鉬酸鈉二水合物，釩酸鈉十二水合物，硝酸錳四水合物，硝酸鎘九水合物，硝酸鋁九水合物，硝酸鋅六水合物中的任意一種；
11、所述陰離子前驅體包括但不限于：
12、硫化鈉九水合物，次磷酸鈉水合物，硼氫化鈉中的任意一種；
13、所述第一溶液中，金屬前驅體與陰離子前驅體的純度均在99.5％以上，過氧化氫的質量分數為30％±1％，泡沫鎳為商用泡沫鎳，厚度在1.6nm。
14、進一步地，步驟(1)所述第一溶液中的陰離子和金屬離子的摩爾比為10:1。
15、進一步地，步驟(2)所述泡沫鎳在使用前還包括如下處理：
16、將泡沫鎳切成1cm*2cm的塊狀，然后依次用3mol/l的鹽酸、超純水、無水乙醇和超純水依次超聲處理15min，鹽酸溶液處理泡沫鎳表面氧化物，無水乙醇處理泡沫鎳表面有機物，超純水則清洗表面殘留物，將處理好的泡沫鎳放入真空烘箱，以60℃干燥12h，即得。
17、進一步地，步驟(3)所述水熱反應的條件為：水熱溫度≥160℃，水熱時間≥8h；所述洗滌為：超純水超聲洗滌10min，洗滌兩次，并用無水乙醇超聲洗滌10min一次，將洗好的產物置于真空烘箱中，以60℃干燥12h。
18、進一步地，步驟(4)所述洗滌包括：超純水超聲洗滌2次，無水乙醇超聲洗滌1次，每次超聲洗滌時間均為10min；所述干燥條件為：60℃下干燥12h。
19、進一步地，步驟(5)所述電化學原位重構采用三電極體系，包括：工作電極、參比電極以及對電極；其中：工作電極為金屬摻雜的含陰離子空位的鎳基催化劑前體，參比電極為汞/氧化汞，對電極為碳棒。
20、進一步地，步驟(5)所述原位重構條件為：采用循環伏安法，在0.80v～1.70v的電位區間，以50mv?s-1的掃描速率掃描50圈以上。
21、本專利技術還公開了一種根據任一上述的制備方法制得的含多種空位缺陷的富含多空位缺陷的鎳基電催化劑。
22、本專利技術還公開了一種根據上述富含多空位缺陷的鎳基電催化劑在5-羥甲基糠醛電氧化反應過程中的應用。
23、進一步地，該應用包括：
24、稱量63mg的5-羥甲基糠醛溶入含有10ml氫氧化鉀溶液的h型池子的陽極中，陰極同樣具有10ml氫氧化鉀溶液；利用線性掃描伏安法考察其催化性能，采用恒電位極化法電解，并用高效液相色譜定量檢測5-羥甲基糠醛轉化率和2,5-呋喃二羧酸法拉第效率。
25、進一步地，所述氫氧化鉀本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種富含多空位缺陷的鎳基電催化劑的制備方法，包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
3.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
6.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
7.一種根據權利要求1～6任一所述的制備方法制得的含多種空位缺陷的富含多空位缺陷的鎳基電催化劑。
8.一種根據權利要求7所述富含多空位缺陷的鎳基電催化劑在5-羥甲基糠醛電氧化反應過程中的應用。
9.根據權利要求8所述的應用，包括：
10.根據權利要求9所述的應用，其中：
【技術特征摘要】
1.一種富含多空位缺陷的鎳基電催化劑的制備方法，包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
3.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其中：
6.根據權利要求1所述的制備方法，其中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：崔亭亭，徐汝凡，段孟陽，王奕皓，李彬，徐明，
申請(專利權)人：東北林業大學，
類型：發明
國別省市：
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