【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料和能源材料领域，尤其涉及一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极，以及该催化电极的制备方法。
技术介绍
1、近年来，由于能源供需矛盾突出，迫切需要新能源技术来缓解能源危机。与其他能源转换技术相比，燃料电池的优势较明显，而直接甲醇燃料电池(dmfc)和直接尿素电池(dufc)因其结构简单、高效、能量密度高、储存及运输方便安全等优点备受关注。为了满足高效催化和经济效益的需求，高性能电催化剂的制备则是解决当下问题的重要突破口。根据数据，铂族金属(pgm)等贵金属催化剂仍是dmfc和dufc目前首选的阳极催化剂，但因其价格昂贵致使其在工业生产中的使用受到严重限制，为此开发具有高催化活性、长期稳定性和低成本的多功能电催化剂对于电催化能量转换至关重要。
2、近些年来，研究者们开展价格低廉的非贵金属催化电极的研究，并且取得了有益的成果。在诸多非贵金属催化剂中，镍基催化剂得到了研究者们的关注。目前己经合成了各种结构的镍基催化剂，包括纳米孔、纳米花、纳米棒、纳米笼和纳米森林等三维纳米结构。众所周知，通过调控纳米结构可以获得更高的比表面积和反应活性位点，从而有效确保甲醇氧化(mor)和尿素氧化(uor)反应进行。利用水热的方法使反应体系形成一个高温、高压的反应环境，在密闭的反应器中进行反应，从而制得形态各异的微纳米材料，具有粒度均匀、分散性好、生产成本低等优点，一直受到人们的关注。例如liu等人在文章zn-ni-cotrimetallic carbonate hydroxide nanothorns
3、通过调节电子结构可提高催化剂的催化性能。除了采用金属离子掺杂之外，最近，对材料进行非金属离子掺杂的研究也十分地活跃。非金属元素掺杂调节了ni活性位点的电子结构以提高其催化性能。目前研究用于掺杂改性的非金属元素有n、p、s、c、b和f等，但对于其他一些非金属元素的研究目前相关报道较少，且现有的掺杂改性效果大多仅能够表现出单一的高甲醇氧化(mor)催化性能或尿素氧化(uor)催化性能。
4、本工作通过控制碘(i)元素掺杂和水浴取出温度获得了具有高mor和uor催化性能的复合电极。因i元素的掺杂和水浴取出温度的影响，电极表面纳米片结构由厚片转变为薄片。结果表明，高比表面积的核壳结构复合电极具有良好的催化性能。
技术实现思路
1、为解决现有的催化电极存在一定的缺陷，或存在其催化性能存在单一性，难以同时具备甲醇氧化(mor)和尿素氧化(uor)双重催化性能，且实际使用时电催化性能和循环性能有限等问题，本专利技术提供了一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极，以及该催化电极的制备方法。
2、本专利技术的主要目的在于：
3、一、通过简易的方式能够高效地实现具有双重催化性能的催化电极的制备；
4、二、制备过程简洁高效，能够在较低温下安全低成本进行制备；
5、三、提高催化电极的催化性能和循环性能。
6、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
7、一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，所述方法包括：
8、1)对铜基材料进行预处理后将其置于混合处理液中浸渍水浴反应生长纳米棒阵列结构，反应完成后得到cu(oh)2nrs/cu中间体；
9、2)将所得cu(oh)2nrs/cu中间体置于含镍碘溶液中低温水浴热反应后取出，在去离子水中冷却，即得到具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极。
10、作为优选，步骤1)所述铜基材料，包括但不限于工业纯铜(紫铜)、铜锌合金(黄铜)、铜锡磷合金(磷铜)中的任意一种或多种，形态包括但不限于为板材、片材、铜金属网网、泡沫多孔材料和线材，通常以目标电极形态为基准选用；
11、步骤1)所述预处理包括碱洗和/或醇洗和/或水洗和/或酸洗。
12、作为优选，
13、步骤1)所述混合处理液中含有过硫酸铵和碱金属氢氧化物；
14、所述过硫酸铵浓度为0.06～0.07mol/l；
15、所述碱金属氢氧化物浓度为1.3～1.5mol/l。
16、作为优选，
17、步骤1)所述浸渍水浴反应过程保持10～15min。
18、作为优选，
19、步骤2)所述含镍碘溶液中镍离子浓度为130～170mmol/l；
20、步骤2)所述含镍碘溶液中碘离子浓度为2～3mmol/l。
21、作为优选，
22、步骤2)所述含镍碘溶液中还含有300～400mmol/l尿素。
23、作为优选，步骤2)所述低温水浴热反应后试样于≥80℃的条件下取出并放置于室温去离子水中冷却。
24、一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极。
25、对于本专利技术技术方案而言，采用了非常简洁高效的制备工艺。
26、首先使用过硫酸铵溶液对铜基材进行腐蚀，溶出铜离子。该过程需较严格地调控过硫酸铵的浓度，以实现对铜的溶解速率进行有效控制，避免铜基材腐蚀严重。若过硫酸铵的浓度过低，会导致铜离子沉积时将更加均匀地覆盖在铜材表面，形成岛状沉积等形貌，无法有效形成纳米棒结构，大大降低了比表面积；而当过硫酸铵的浓度过高时，铜的溶解速率过大，导致铜基材表面形成明显不均匀的腐蚀，无法形成有序的微纳结构阵列，同时容易形成过量铜氨，导致沉积无法有效进行。
27、因而，经过验证后，在配合碱金属氢氧化物进行沉积形成氢氧化铜纳米棒时，应当控制过硫酸铵浓度在0.05～0.10mol/l之间，最优应当控制在0.06～0.07mol/l。而碱金属氢氧化物则是形成铜离子沉积的关键。另外需要注意的是，本专利技术技术方案中不应当采用氨水作为沉淀剂，因为氨水还容易形成铜氨络合物，实际使用效果不佳。此外，过硫酸铵和碱金属氢氧化物的用量比还应当进行控制。其两者(过硫酸铵：碱金属氢氧化物)的摩尔比应当约为1：(18～25)。这是因为当碱金属氢氧化物用量过少时，其产生的沉积效果弱，沉积形成的氢氧化铜无法有效附着在铜基材表面，或附着后随着基材进一步被腐蚀而脱落，沉积率低，形貌完整性和稳定性均较差，难以进行后续的制备；而当碱金属氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1或3所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1或5所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
9.一种由权利要求1至8任一方法所制得的具有分级
...【技术特征摘要】
1.一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1或3所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列的镍-铜-碘/铜基复合催化电极的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种具有分级核壳纳米棒阵列...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯广亚，叶海波，唐谊平，张健力，陈强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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