一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，将表面含有二氧化锰的电极作为阳极插入含氨的电解液中，并插入阴极，通电形成闭合回路电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。本发明专利技术阳极使用二氧化锰作为电解氨的催化剂，不使用贵金属催化剂，成本低廉，并且能在较低电压、较宽的pH范围内(近中性)电解氨制氢。

【技术实现步骤摘要】
一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法
本专利技术属于氢能源
，具体涉及一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法。
技术介绍
氢作为能源载体，可实现电能、化学能、热能等之间的转化。因此，研究如何高效地获取氢能，对整个社会发展具有十分重要的意义。氢的来源非常广泛，除通过常规的化石燃料转化之外，还可以在常温常压下电解水和氨等方式获得。氨氧化产氢这个过程热力学上仅需46.2kJ/mol的能量驱动，而回收的氢气则含有429kJ能量(1mol氨含有1.5mol氢气)，这使得在理论上分解氨产氢能够实现能量盈余，产生重大的经济价值。但是，传统的电解氨制氢过程中存在使用的贵金属催化剂用量大、价格高、电解质的反应pH范围较窄(要求电解质溶液pH为碱性)、反应电压要求较高导致处理成本过高等问题。例如：公开号为CN104419945A的专利文献公开了一种电解氨制备氢气的方法，采用沉积了不同贵金属的泡沫镍作为阳极和阴极进行电解产氢反应。该专利的阳极和阴极均需要使用贵金属，并且使用由氨水和氢氧化钠或氢氧化钾配制的强碱性电解质溶液。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，阳极不使用贵金属催化剂，成本低廉，并且能在较低电压、较宽的pH范围内(近中性)电解氨制氢。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术公开了一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，将表面含有二氧化锰的电极作为阳极插入含氨的电解液中，并插入阴极，通电形成闭合回路电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。作为优选的技术方案，所述阳极包括基底和负载在基底表面的二氧化锰。作为优选的技术方案，所述二氧化锰为α-MnO2、β-MnO2、δ-MnO2和γ-MnO2中的一种或几种。作为优选的技术方案，所述二氧化锰的制备方法为：配制含有高锰酸盐和锰盐的混合溶液，再将混合溶液进行水热反应，然后将水热反应产物过滤干燥后煅烧，得到二氧化锰。作为优选的技术方案，所述阳极的基底为碳基底、泡沫镍基底或聚合物基底。作为优选的技术方案，所述二氧化锰在基底上的负载方法为：将二氧化锰加溶剂调制为浆料，然后将浆料涂覆在基底上，干燥。作为优选的技术方案，所述含氨的电解液由氨水或/和无机氨配制而成。作为优选的技术方案，所述含氨的电解液的pH值为8-10。作为优选的技术方案，所述阴极为铂电极、镍电极、石墨电极或铜电极。作为优选的技术方案，电解时的工作电压为1.0-1.8V。本专利技术的有益效果在于：本专利技术阳极使用二氧化锰作为电解氨的催化剂，不使用贵金属催化剂，成本低廉，并且能在较低电压、较宽的pH范围内(近中性)电解氨制氢。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为α-MnO2催化剂电极的实物照片；图2为实施例1的循环伏安(CV)曲线；图3为实施例2的循环伏安(CV)曲线；图4为实施例3的循环伏安(CV)曲线；图5为实施例4的循环伏安(CV)曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1：α-MnO21、α-MnO2的制备(1)取0.5gKMnO4和0.21gMnSO4·H2O溶解在70mL纯水中；(2)将混合溶液转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜(100mL)中进行水热反应；(3)在160℃下加热12h反应后，将产物过滤后洗涤并在105℃下干燥30分钟，然后在300℃下煅烧4小时，得到α-MnO2粉末。2、α-MnO2催化剂电极的制备(1)将购买的碳布进行表面清洁的预处理，先后在硫酸、无水乙醇、纯水中浸泡清洗；(2)将处理好的碳布取出晾干，然后将α-MnO2加萘酚制成浆料后涂覆在碳布上，晾干得到α-MnO2催化剂电极，如图1所示。3、α-MnO2催化剂电极电解氨制氢将α-MnO2催化剂电极作为阳极，对电极为Pt片，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为0.1mol/LNa2SO4+0.5mol/L(NH4)2SO4的混合溶液，组成电解装置，通电进行电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。分别调节电解液的pH＝8、pH＝9、pH＝10，其它条件不变，采用循环伏安法(CV)进行电化学性能测试，扫描速率为10mV/s，结果如图2所示，证明即使在近中性的条件下(pH＝8)α-MnO2催化剂电极仍然能够电解氨制氢。实施例2：β-MnO21、β-MnO2的制备(1)取0.17gKMnO4和0.60gMnSO4·H2O溶解在70mL纯水中；(2)将混合溶液转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜(100mL)中进行水热反应；(3)在160℃下加热12h反应后，将产物过滤后洗涤并在105℃下干燥30分钟，然后在300℃下煅烧4小时，得到β-MnO2粉末。2、β-MnO2催化剂电极的制备(1)将购买的碳布进行表面清洁的预处理，先后在硫酸、无水乙醇、纯水中浸泡清洗；(2)将处理好的碳布取出晾干，然后将β-MnO2加萘酚制成浆料后涂覆在碳布上，晾干得到β-MnO2催化剂电极。3、β-MnO2催化剂电极电解氨制氢将β-MnO2催化剂电极作为阳极，对电极为Pt片，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为0.1mol/LNa2SO4+0.5mol/L(NH4)2SO4的混合溶液，组成电解装置，通电进行电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。分别调节电解液的pH＝8、pH＝9、pH＝10，其它条件不变，采用循环伏安法(CV)进行电化学性能测试，扫描速率为10mV/s，结果如图3所示，证明即使在近中性的条件下(pH＝8)β-MnO2催化剂电极仍然能够电解氨制氢。实施例3：δ-MnO21、δ-MnO2的制备(1)取1.0gKMnO4和0.15gMnSO4·H2O溶解在70mL纯水中；(2)将混合溶液转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜(100mL)中进行水热反应；(3)在200℃下加热12h反应后，将产物过滤后洗涤并在105℃下干燥30分钟，然后在300℃下煅烧4小时，得到δ-MnO2粉末。2、δ-MnO2催化剂电极的制备(1)将购买的碳布进行表面清洁的预处理，先后在硫酸、无水乙醇、纯水中浸泡清洗；(2)将处理好的碳布取出晾干，然后将δ-MnO2加萘酚制成浆料后涂覆在碳布上，晾干得到δ-MnO2催化剂电极。3、δ-MnO2催化剂电极电解氨制氢将δ-MnO2催化剂电极作为阳极，对电极为Pt片，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为0.1mol/LNa2SO4+0.5mol/L(NH4)2SO4的混合溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，其特征在于：将表面含有二氧化锰的电极作为阳极插入含氨的电解液中，并插入阴极，通电形成闭合回路电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，其特征在于：将表面含有二氧化锰的电极作为阳极插入含氨的电解液中，并插入阴极，通电形成闭合回路电解，发生氧化还原反应生成氮气和氢气，并且收集氢气。


2.根据权利要求1所述的利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，其特征在于：所述阳极包括基底和负载在基底表面的二氧化锰。


3.根据权利要求2所述的利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，其特征在于：所述二氧化锰为α-MnO2、β-MnO2、δ-MnO2和γ-MnO2中的一种或几种。


4.根据权利要求3所述的利用含锰催化剂电解氨制氢的方法，其特征在于：所述二氧化锰的制备方法为：配制含有高锰酸盐和锰盐的混合溶液，再将混合溶液进行水热反应，然后将水热反应产物过滤干燥后煅烧，得到二氧化锰。


5.根据权利要求2所述的利用含锰催化剂电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟俊，周安然，林霞，赵聚姣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50