一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料及制备方法与应用

本发明涉及催化剂，尤其是涉及一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料及制备方法与应用。

背景技术：

1、将报废塑料化学回收为单体或增值化学品是解决日益严重的塑料污染问题的绿色可持续途径。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是目前应用最广泛的聚酯塑料之一，大量未被回收的废弃pet塑料会引起环境污染问题。因此，对废弃的pet塑料进行有效的回收及资源化利用是当下解决“白色污染”的迫切需求。在过去的几十年里，人们报道了各种化学方法处理废弃塑料，如热解、水解、醇解和氨解等方法。其中，碱水解被认为是有前途的途径，因为它可以在温和的条件下将pet完全解聚成对苯二甲酸(tpa)、乙二醇(eg)等单体。随后，通过调节水解产物的ph值可以很容易地获得tpa。eg由于其高沸点(197.6℃)、高粘度和良好的水溶性而难以进行有效分离。因此，探索分离或转化eg的技术路线是极具价值的。

2、电化学重整策略提供了一种绿色经济、可持续的途径，可以在碱性介质中直接将pet衍生的eg电化学增值转化为精细化学品，并且可由再生电力(如太阳能、风能、水力)驱动。迄今为止，铂(pt)和钯(pd)等贵金属被广泛认为是乙二醇氧化反应(egor)的高效电催化剂。然而，这些催化选择性较差，因为egor涉及复杂且不可控的氧化过程，包括c1和c2途径。先前的研究主要集中在燃料电池应用中eg完全转化为co2。与完全氧化过程相比，乙二醇选择性氧化为特定的高价值c2产物更有意义，在技术经济上更可行。例如，eg部分氧化的c2化合物乙醇酸(ga)是一种重要的化学产品，广泛用于各种工场景，特别是其可作为可降解塑料的单体。eg电化学选择性氧化成高附加值ga的问题长期以来一直被忽视。此外，乙二醇的选择性氧化为ga是一个级联催化过程，包括乙二醇的羟甲基(-ch2oh)连续脱氢为2-羟基乙酰基(*oc-ch2oh)，因此在防止过度氧化或c-c键断裂的同时选择性地氧化它们中的一个是极具挑战性的。因此，迫切需要开发一种同时兼具高活性、选择性和稳定性的催化剂，尤其是可适用于较高电流密度下的场景。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料及制备方法与应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一为提供一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将泡沫镍依次在盐酸溶液、水、乙醇中超声清洗除杂，烘干备用；

5、s2、将六氯合铂酸钾与水混合得到六氯合铂酸钾溶液，将s1步骤处理后的泡沫镍浸泡在六氯合铂酸钾溶液中，水热反应后得到负载于泡沫镍上的负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列，即pt-ni(oh)2/nf。

6、在一些具体实施方式中，于s1步骤，所述盐酸溶液的浓度为0.1m。

7、在一些具体实施方式中，于s1步骤，在盐酸溶液、水、乙醇中超声清洗的时间各为至少10min。

8、在一些具体实施方式中，于s2步骤，六氯合铂酸钾溶液中六氯合铂酸钾的浓度为(0.5-1)mg/ml。

9、在一些具体实施方式中，于s2步骤，水热反应的温度为100℃，水热反应的时间为至少2h。

10、本发明的技术方案之二为提供一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料，基于上述技术方案之一所述的制备方法得到。

11、本发明的技术方案之三为提供一种如上述技术方案之二所述的负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的应用，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料用于作为电催化剂。

12、在一些具体实施方式中，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂用于碱性条件下的析氢反应与乙二醇氧化反应。

13、在一些具体实施方式中，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂用于将乙二醇选择性氧化生成乙醇酸盐。

14、在一些具体实施方式中，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂用于将聚对苯二甲酸乙二醇酯选择性氧化生成乙醇酸盐。

15、本发明以六氯合铂酸钾作为金属盐前驱体，水为溶剂，经过水热反应，在泡沫镍表面原位生长铂纳米颗粒负载的氢氧化镍纳米片阵列结构。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、(1)本发明制备得到的一体化pt-ni(oh)2/nf协同催化剂，pt与ni(oh)2在异质结界面存在电子相互作用和不同组分的协同作用，ni(oh)2可以在相对较低的电势下有效地将pt表面的oh-氧化为*oh活性物质，这些*oh活性物质不仅在协助eg的o-h/c-h键断裂以促进级联脱氢过程中起着关键作用，而且还可将有毒性的羰基中间体(*co)快速转化为目标ga产物，从而保持催化剂的活性和稳定性。

18、(2)本发明制备得到的一体化pt-ni(oh)2/nf协同催化剂，其界面相互作用调节的pt的d带中心的降低可以协同促进ga从活性pt位点向非活性ni位点的快速解吸和转移，避免其过度氧化或c-c键断裂，进而提升电催化乙二醇氧化选择性。

19、(3)本发明原位生长的pt-ni(oh)2/nf避免了使用粘合剂，保证了pt-ni(oh)2/nf与导电基底界面的紧密接触，促进了电荷的快速传递。此外规则排布的纳米片阵列结构有利于加速催化反应的扩散传质、加速累积气泡的快速脱附以具有及大的比表面积，从而使得活性位点充分暴露，提高反应动力学，从而提升电催化析氢(her)和乙二醇氧化(egor)性能。

20、(4)本发明制备得到的pt-ni(oh)2可作为双功能催化剂，不仅具有优异的her催化活性，而且可有效电催化egor反应，实现在较低的电压输入下，在阳极有效催化氧化乙二醇以及pet塑料水解产物，在阴极高效生产氢气同时，在阳极生产高附加值的乙醇酸盐。

技术特征：

1.一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，于s1步骤，所述盐酸溶液的浓度为0.1m。

3.根据权利要求1所述的一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，于s1步骤，在盐酸溶液、水、乙醇中超声清洗的时间各为至少10min。

4.根据权利要求1所述的一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，于s2步骤，六氯合铂酸钾溶液中六氯合铂酸钾的浓度为(0.5-1)mg/ml。

5.根据权利要求1所述的一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，于s2步骤，水热反应的温度为100℃，水热反应的时间为至少2h。

6.一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述的制备方法。

7.一种如权利要求6所述的负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料的应用，其特征在于，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料用于作为电催化剂。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂用于碱性条件下的析氢反应与乙二醇氧化反应。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂将乙二醇选择性氧化生成乙醇酸盐。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料作为电催化剂将聚对苯二甲酸乙二醇酯选择性氧化生成乙醇酸盐。

技术总结
本发明涉及一种负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列材料及制备方法与应用，包括如下步骤的制备方法：S1、将泡沫镍依次在盐酸溶液、水、乙醇中超声清洗除杂，烘干备用；S2、将六氯合铂酸钾与水混合得到六氯合铂酸钾溶液，将S1步骤处理后的泡沫镍浸泡在六氯合铂酸钾溶液中，水热反应后得到负载于泡沫镍上的负载铂纳米颗粒的氢氧化镍纳米片阵列，即Pt‑Ni(OH)<subgt;2</subgt;/NF。与现有技术相比，本发明原位生长出的Pt‑Ni(OH)<subgt;2</subgt;/NF有利于快速的电子转移，暴露出更多的活性位点，以及铂‑氢氧化镍界面的电子相互作用和不同组分的协同作用，从而有利于材料的催化活性。

技术研发人员：陈作锋,刘璇,何晓洋,汪建营,熊登科
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9