使用过渡金属氧化物催化剂电解生产氨制造技术

本发明专利技术涉及用于电解生产氨的方法和系统。本方法包括：将氮送入电解池，其中氮与阴极电极表面接触，其中该表面具有包含至少一种过渡金属氧化物的催化剂表面，该电解池还包含质子供体；以及使电流流过该电解池，从而氮与质子反应形成氨。本发明专利技术的方法和系统使用电化学池，其包括具有催化表面的阴极表面，该催化表面优选载有氧化铼、氧化钽和氧化铌中的一种或多种。

Production of ammonia by electrolysis with transition metal oxide catalyst

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用过渡金属氧化物催化剂电解生产氨
本专利技术属于方法化学领域，具体而言涉及通过电解方法生产氨以及用于该方法的新催化剂。
技术介绍
氨是世界上最高产的化学物质之一。现今已知为哈伯-博施工艺(Haber-Boschprocess)的工业氨合成法是首个非均相催化系统，是全球氮肥工业生产的关键要素。目前，氨也作为可能的能源载体和潜在的运输燃料受到关注，其具有高能量密度但无CO2排放。集中化且需要能量的哈伯-博施工艺需要高压(150～350atm)和高温(350～550℃)来通过以下反应在钌或铁基催化剂上直接解离和组合氮气和氢气分子，从而形成氨。该工业方法的一个缺点是由于动力学和热力学原因而需要高温和高压。另一个缺点及更严重的缺点是氢气是由天然气产生的。该多步工艺占用了整个化工厂的绝大部分，并且是最昂贵的，对于环境而言是最不友好的。这是需要可持续工艺的最大原因，因为天然气将会在某个时间点耗尽。因此，使用较少的能量和环境条件的用于分散型氨生产的小规模系统是十分重要的。此外，为了优化氨合成效率，渴望能够以合理的速率在更温和的条件下氢化双氮的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产氨的方法，包括：/n将N

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170908 IS 501881.一种生产氨的方法，包括：
将N2送入包含至少一个质子源的电解池；
让N2与电解池中的阴极电极表面接触，其中该阴极电极表面包括包含至少一种过渡金属氧化物的催化剂表面；以及
使电流流过所述电解池，从而氮与质子反应形成氨。


2.如权利要求1所述的方法，其中，催化剂包含选自下组的一种或多种过渡金属氧化物：氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化铌、氧化钽、氧化钌、氧化铑、氧化铂、氧化锇、氧化铼和氧化铱。


3.如权利要求2所述的方法，其中，催化剂包含选自氧化铼、氧化钽和氧化铌的一种或多种氧化物。


4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，催化剂表面包括至少一个具有金红石结构的表面。


5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，催化剂表面包括至少一个具有(110)晶面的表面。


6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在电极电势低于约-1.0V、更优选低于约-0.8V和进一步更优选低于约-0.5V的电解池中形成氨。


7.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中催化剂包含氧化铌，且其中在电极电势低于约-0.5V、优选约-0.4V～约-0.5V范围内的电解池中形成氨。


8.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中催化剂包含氧化铼，且其中在电极电势低于约-0.9V、优选约-0.8V～约-0.9V范围内的电解池中形成氨。


9.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中催化剂包含氧化钽，且其中在电极电势低于约-1.1V、优选约-1.0～约-1.1V范围内的电解池中形成氨。


10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相比于所形成的NH3的摩尔数，形成了小于50％摩尔数、优选小于20％摩尔数和进一步更优选小于10％摩尔数的H2。


11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电解池包含一种或多种水性电解溶液。


12.如权利要求1～10中任一项所述的方法，其中，所述电解池包含电解溶液，该电解溶液包含有机质子或非质子溶剂或其混溶性混合物，优选水混溶性有机溶剂。


13.如权利要求11或12所述的方法，其中，通过将氮气鼓泡至与所述阴极电极表面接触的电解溶液中而将所述氮送入电解池。


14.如前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·斯库拉森，
申请(专利权)人：冰岛大学，
类型：发明
国别省市：冰岛;IS