一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法及其应用技术

一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法及其应用，属于电催化技术领域。为解决现有的电催化合成氨的材料成本较高、合成工艺复杂及催化剂易失活等问题，所述方法为：将硝酸铟加入到装有油酸、油胺和十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在惰性气氛下脱气，140℃‑190℃温度下搅拌反应；将偏钒酸钠溶于硝酸和水的混合溶液中，搅拌溶解后，将溶液滴入到三颈瓶中，在惰性气氛保护下，140℃‑190℃冷凝回流反应30‑40min，自然冷却至室温；加入正己烷和无水乙醇的混合液洗涤，分层，上层继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤后离心，真空干燥。本发明专利技术合成方法操作简单，设备简易，反应时间短且重复性好，两种形貌的电催化剂都有良好的电催化合成氨性能，且具有非常好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法及其应用
本专利技术属于电催化
，具体涉及一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法及其应用。
技术介绍
氨是重要的无机化工产物，合成氨工业对人类生产生活具有重要意义。目前工业上通过Haber-Bosch法固定氮气和H2发生反应合成氨。此过程需要在严格的高温高压条件下进行。由于H2来自于天然气的重整，因此需要巨大的能量消耗，且产生大量的温室气体CO2，造成严重的环境污染，加剧了全球变暖。电催化合成氨由于反应条件温和，可在常温常压下进行，有望替代高温高压下反应的传统Haber-Bosch法。目前用于电催化合成氨的材料主要为贵金属、铁基、钼基、铋基等化合物，然而在催化反应过程中仍然存在很多不足。如成本较高，合成工艺复杂，催化剂易失活等缺点制约了其实际应用。同时材料的形貌对电催化合成氨的活性影响很大。因此寻找一种新型电催化剂解决上述问题成为研究的热点。铟基化合物具有导电性好，化学性质稳定等特性。然而，目前铟基材料对电催化合成氨的方法鲜有报道。因此合成一种稳定的铟基催化剂用于电催化合成氨具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的电催化合成氨的材料成本较高、合成工艺复杂及催化剂易失活等问题，提供一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法及其应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，所述方法步骤如下：步骤一：将硝酸铟加入到装有油胺、油酸和十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在惰性气氛下脱气，140℃-190℃温度下搅拌反应；步骤二：将偏钒酸钠溶于硝酸和水的混合溶液中，搅拌溶解后，将溶液逐滴滴入到步骤一的三颈瓶中，在惰性气氛保护下，140℃-190℃冷凝回流反应30-40min，自然冷却至室温；步骤三：加入正己烷和无水乙醇的混合液洗涤，溶液上下分层，上层继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤后离心，最后真空干燥即可。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术以硝酸铟为原料，以十八烯、油酸和油胺为溶剂，与另一相的偏钒酸钠溶液在惰性气氛保护下的冷凝回流的装置发生成核和结晶生长。在冷凝回流中通过对不同温度的控制进行铟基钒氧化物不同形貌的控制。该合成方法操作简单，设备简易，反应时间短且重复性好，并将这种合成材料作为电催化剂应用于电催化合成氨中。两种形貌的电催化剂都有良好的电催化合成氨性能，且具有非常好的稳定性。附图说明图1为铟基钒氧化物的制备过程示意图；图2为本专利技术实施例1制备的铟基钒氧化物扫描电镜形貌图；图3为本专利技术实施例2制备的铟基钒氧化物扫描电镜形貌图；图4为本专利技术反应温度为160℃时得到的铟基钒氧化物催化剂的形貌示意图。具体实施方案下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，所述方法步骤如下：步骤一：将硝酸铟加入到装有油酸、油胺和十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在惰性气氛下脱气，140℃-190℃温度下搅拌反应；步骤二：将偏钒酸钠溶于硝酸和水的混合溶液中，搅拌溶解后，将溶液逐滴滴入到步骤一的三颈瓶中，在惰性气氛保护下，140℃-190℃冷凝回流反应30-40min，自然冷却至室温；步骤三：加入正己烷和无水乙醇的混合液洗涤，溶液上下分层，上层继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤3-5次后离心，最后真空干燥即可。在加热过程中十八烯作为溶剂，油胺作为还原剂，油酸作为稳定剂，铟离子与油酸中的羧酸相连接；然后加入偏钒酸钠，偏钒酸根离子带负电，吸引铟离子，最终形成铟基钒氧化物的晶体核，然后在不同温度的调控下生长为不同形貌的晶体。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤一中，所述油酸、油胺和十八烯的体积比为1：1：10。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤二中，所述硝酸与水的体积比为1：5。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，硝酸铟和偏钒酸钠的摩尔比为1：2。具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤一和步骤二中，反应温度为140-160℃，此时合成的为棒状铟基钒氧化物。具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤一和步骤二中，反应温度为170-190℃，此时合成的为片状铟基钒氧化物。140-160以棒状为主，温度升高会由棒状逐渐向片状转化，170-190℃以片状为主，190℃全部转化为片状，当温度在160-170℃之间时，催化剂的形貌为片状和棒状形貌同时存在，如图4所示，为160℃反应条件下得到的铟基钒氧化物催化剂的电镜形貌图，可以看出由棒状向片状的转化。具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤一和步骤二中，所述搅拌的转速为100r/min-300r/min；所述惰性气氛为N2或Ar。具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤三中，所述离心的转速为6000r/min，时间为5-10min；所述真空干燥的温度为60℃，时间为6-8h。具体实施方式九：具体实施方式一所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，步骤三中，所述正己烷和无水乙醇的体积比为1：3。具体实施方式十：一种具体实施方式一至九任一具体实施方式制备的铟基钒氧化物催化剂在电催化合成氨中的应用，将其作为电催化材料应用于电催化氮气还原氨气的制备中，具体步骤如下：不同形貌的铟基钒氧化物材料涂在碳纸上为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt片为对电极，HCl为电解液，采用三电极反应装置，在电场的辅助下，施加特定电压进行氮还原合成氨。实施例1：一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，所述方法步骤如下：将0.5mmol硝酸铟加入到装有1ml油酸，1ml的油胺和10ml十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在N2下脱气，190℃下100r/min搅拌均匀。同时将1mmol偏钒酸钠溶于2ml硝酸和10ml水的混合溶液中，100r/min搅拌溶解后，将溶液逐滴注入到上述的三颈瓶溶液中，在N2保护下190℃反应温度控制下，冷凝回流反应30min。反应结束后，移除热源冷却至室温。加入正己烷和无水乙醇的混合液(体积比为1：3)洗涤，溶液上下分层，底部溶液被丢弃。上层沉淀物继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤3次，6000转离心5min，放在真空干燥箱中60℃烘干6h，得到片状铟基钒氧化物，如图2所示。实施例2：一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，所述方法步骤如下：将0.5mmol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，其特征在于：所述方法步骤如下：/n步骤一：将硝酸铟加入到装有油酸、油胺和十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在惰性气氛下脱气，140℃-190℃温度下搅拌反应；/n步骤二：将偏钒酸钠溶于硝酸和水的混合溶液中，搅拌溶解后，将溶液逐滴滴入到步骤一的三颈瓶中，在惰性气氛保护下，140℃-190℃冷凝回流反应30-40min，自然冷却至室温；/n步骤三：加入正己烷和无水乙醇的混合液洗涤，溶液上下分层，上层继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤后离心，最后真空干燥即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：将硝酸铟加入到装有油酸、油胺和十八烯的混合溶剂的三颈瓶中，在惰性气氛下脱气，140℃-190℃温度下搅拌反应；
步骤二：将偏钒酸钠溶于硝酸和水的混合溶液中，搅拌溶解后，将溶液逐滴滴入到步骤一的三颈瓶中，在惰性气氛保护下，140℃-190℃冷凝回流反应30-40min，自然冷却至室温；
步骤三：加入正己烷和无水乙醇的混合液洗涤，溶液上下分层，上层继续用正己烷和无水乙醇的混合液洗涤后离心，最后真空干燥即可。


2.根据权利要求1所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，其特征在于：步骤一中，所述油酸、油胺和十八烯的体积比为1：1：10。


3.根据权利要求1所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，其特征在于：步骤二中，所述硝酸与水的体积比为1：5。


4.根据权利要求1所述的一种铟基钒氧化物催化剂的合成方法，其特征在于：硝酸铟和偏钒酸钠的摩尔比为1：2。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓军，李佳栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23