(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211193089.9 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 樊青娟　郑华敏　李鑫　陈心笛　 廖永俊　林松炜　许汉冰　刘广立　 骆海萍　张仁铎　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 陈嘉毅 (51)Int.Cl. C01B 25/08(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) H01M 8/1018(2016.01)H01M 8/1069(2016.01) (54)发明名称 一种磷化镍纳米材料、 燃料电池及其制备方 法和应用 (57)摘要 本发明涉及一种磷化镍纳米材料、 燃料电池 及其制备方法和应用。 该的制备方法包括如下步 骤： S1.将泡沫镍置于镍源和尿素及溶剂的混合 溶液中， 进行水热反应， 得到前驱体； S2.将前驱 体置于惰性氛围下进行磷化反应， 即得所述磷化 镍纳米材料。 该制备方法通过特定水热反应条件 以及在特定量的尿素存在的情况下， 镍源可在泡 沫镍上发生反应并原位形成Ni(OH)2， 得到特定 的前驱体， 该前驱体磷化后可得到磷化镍纳米材 料， 得到的磷化镍纳米材料可高效催 化氧化尿液 中的尿素， 从而使得将含尿素溶液作为电解液的 燃料电池具有较低的过电位、 稳定性高、 活性高。 磷化镍纳米材料不仅适用于尿素溶液， 而且还适 用于成分复杂且尿素浓度较低的尿液。 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 CN 115490217 A 2022.12.20 CN 115490217 A 1.一种磷化镍纳米材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1.将泡沫镍 置于镍源和尿素及溶剂的混合溶 液中， 进行 水热反应， 得到前驱体； S2.将前驱体置 于惰性氛围下进行磷化反应， 即得 所述磷化镍纳米材 料； 步骤S1中镍源的镍元素和尿素的摩尔比为1:(1～10)； 所述水热反应的反应温度 为100 ～200℃， 反应时间为6～ 24h。 2.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 步骤S1中所述混合溶液中， 镍源和尿素 的质量之和与溶剂的体积比为(1～ 2)g:70mL。 3.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 步骤S1中所述镍源为硝酸镍、 氯化镍或 硫酸镍中的至少一种。 4.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 步骤S2所述磷化反应的具体过程为： 将 次亚磷酸盐置于的气流上游， 将前驱体置于的气流下游， 升温至250～400℃， 然后 反应1～ 3h。 5.根据权利要求4所述制备方法， 其特征在于， 所述次亚磷酸盐与前驱体的质量 比为 (10～50):1。 6.一种磷化镍纳米材 料， 其特征在于， 通过权利要求1～5任一所述制备 方法制备 得到。 7.权利要求6所述磷化镍纳米材 料作为阳极材 料在制备燃料电池中的应用。 8.一种燃料电池， 其特征在于， 包括阳极、 空气扩散阴极和电解液； 所述阳极的材料为 权利要求6所述磷化镍纳米材 料， 所述电解液为含尿素 溶液。 9.根据权利要求8所述燃料电池， 其特征在于， 所述电解液的尿素浓度为0.03～ 0.7mol/L。 10.根据权利要求8所述燃料电池， 其特征在于， 所述空气扩散阴极通过如下方法制备 得到： 将导电材料和粘合剂混合， 辊压于支撑层的一侧， 煅烧， 形成扩散层； 将催化剂和粘合 剂混合， 辊压 于支撑层的另一侧， 形成催化层， 得 所述空气扩散阴极。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115490217 A 2一种磷化镍纳米材料、 燃料电池及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及废水处理及资源化领域， 更具体地， 涉及一种磷化镍纳 米材料、 燃料电 池及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]人的尿液是一种常见的人体中排出的代谢产物废物， 其中水占95％以上， 尿素含 量2～2.5wt％， 其他有机物和无机盐占0.5～2.5％。 成年人在正常饮食 下， 每昼夜排尿量约 在1～2L之间。 地球上每天生产约2.4亿吨人体尿液， 生活污水中80％的氮 来源于尿液。 开展 尿液的处理与能源化研究， 对于减少 污水的污染负荷、 推动尿素等有机质的电能高效转化 有重要意 义。 [0003]尿液燃料电池是一种利用催化剂将尿素中的化学能直接转化成电能的装置。 研究 表明， 非贵金属Ni、 NiO及Ni(OH)2可为尿素氧化提供有效活性位， 因此尿素燃料电池的阳极 通常采用镍基催 化剂催化氧化尿素并产电， NiOOH是将 尿素分子氧化的活性物种， 其可与尿 素发生氧化还原反应， 将CO(NH2)2逐步氧化为CO2、 N2和H2O同时产生电子(CO(NH2)2+6OH‑→N2 +5H2O+CO2+6e‑)。 由于阳极的镍基催化尿素的电氧化反应是复杂的6e‑反应， 使得尿素氧化 过程相对缓慢， 此外氧化产物产生的C O可强烈地吸附在镍基催化剂的活性位点上使催化剂 中毒。 为了提高燃料电池的效率， 最重要的是开 发具有高活性的阳极催化剂， 研究表明镍与 其他金属的复合催化剂可减少催化剂 中毒现象的发生。 因此， 对镍基催化剂的改性主要围 绕其他金属掺杂镍基催化剂展开。 [0004]比如名称为一种电催化尿素氧化用催化剂及碱性体系直接尿素燃料电池的中国 专利提供了一种铑纳米颗粒掺杂的氢氧化镍复合材料， 通过制备铑纳米颗粒掺杂的氧化镍 纳米片提升催化性能； 名称为用于直接尿素燃料电池的泡沫镍负载NiMoO4@C微米棒阵列阳 极的制备方法的中 国专利提供了一种泡沫镍负载NiMoO4@C微米棒阵列阳极的制备方法。 但 该类镍基催化剂所用重金属存在着价格昂贵、 稳定性差和活性较低等问题。 [0005]与以纯尿素为燃料的电池相比， 以尿液为燃料的电池性能相对更低， 因为人类尿 液成分复杂， 除了水和尿素外， 还含有各种无机盐和有机复合物， 如氯化钠、 柠檬酸、 尿酸、 肌酸酐等， 这些物质会对尿素电氧化产生干扰， 而且人类尿液的pH值较低， 也会降低直接尿 液燃料电池的性能， 长期稳定运行尿液燃料电池目前仍难以实现。 对此， 需解决现有镍基催 化剂存在的过电位较高、 稳定性差、 活性较低和成本较高的问题， 提升尿液燃料电池运行的 稳定性。 发明内容 [0006]本发明的目的是克服上述现有镍基催化剂存在的过电位较高、 稳定性差、 活性较 低和成本较高的问题， 提供一种磷化镍纳米材料 的制备方法。 该制备方法通过特定水热反 应条件以及在特定量的尿素存在的情况下， 镍源可在泡沫镍上发生反应并原位形成Ni (OH)2， 得到特定的前驱体， 该前驱体磷化后可得到磷化镍纳米材料， 得到的磷化镍纳米材说　明　书 1/7 页 3 CN 115490217 A 3