一种Ni-CuLDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，针对缺乏使硝酸盐高效生成NH3的催化剂的问题，提供一种Ni

【技术实现步骤摘要】
一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，尤其是涉及一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]电化学生产氨作为哈伯
‑
博世工艺的替代方案，可以减少化石燃料的使用和二氧化碳排放。近年来出现的一种有吸引力的技术是氮的直接电还原，但到目前为止，电化学合成NH3选择性差、能耗大成为一大障碍。本专利技术介绍了一种电化学策略，利用Ni
‑
Cu LDH催化剂从硝酸盐中高效地生成NH3。因为硝酸盐长期以来被认为是工业和农业废水中的有毒污染物，因此是一种有价值的资源，可以回收和用于生产NH3。
[0003]氨气是由Haber
‑
Bosch工艺大规模生产的。这种工业N2还原反应(NRR)的产率通常低于200mmol g
cat
‑1h
‑1，该过程是能源密集型的，因为它是在400
‑
600℃的高温下进行的。然而，这些反应速率和部分电流密度通常分别小于10mmol g
cat
‑1h
‑1和1mA cm
‑2。N2需要941kJ/mol才能打破NN三键，硝酸盐中NO键断裂只需要能量为204kJ/mol。从能量的角度来看，探索电催化硝酸还原反应(NITRR)作为一种有前途的低温氨合成工具是非常有意义且可行的，但是选择性差也是硝酸还原的一大阻碍，因此NITRR的动力学可以针对竞争的析氢反应(HER)进行优化。众所周知，饮用水中的硝酸盐会导致高铁血红蛋白血症和非霍奇金淋巴瘤等疾病。通过电催化将硝酸盐转化为氨可能为能源和环境问题提供了一个很好的解决方案。此外，由于全球范围内使用含氮化肥和杀虫剂，自然界中硝酸盐含量丰富。所以从可行性和原料丰富性来看，硝酸还原为氨是有前途的。例如专利CN112354541A公开了一种负载在泡沫镍基底上的Co/CoO异质结电催化剂及其制备方法，主要应用于水中硝酸根加氢还原，利用有催化作用的电极材料，发生电催化还原反应，使得硝酸根变废为宝，转化为铵根。
[0004]硝态氮向氨的电催化转化涉及9个质子和8个电子(NO3‑
+9H
+
+8e
‑
→
NH3+3H2O)的转移，此外，NITRR的复杂产物，可能包括NO2‑
、N2和NH3，也对高选择性合成的目标提出了重大挑战。在此过程中不可避免地会产生氮氧阴离子和氮作为不需要的副产品。据此需要一种理想的解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服缺乏使硝酸盐高效生成NH3的催化剂的问题，提供一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，本方法工艺简单、耗能少、条件温和，制得的催化剂形貌好，为多孔结构，具有较高的理论比电容和优良的氧化还原性，可以使硝酸盐高效生成NH3。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备ML Ni
‑
Cu LDH：先将六水合硝酸镍、十二烷基硫酸钠SDS和六亚甲基四胺HMT溶解在去离子水中，搅拌，再加入二水合氯化铜，继续搅拌，惰性气体保护下加热反
应，产物过滤、洗涤、干燥，得MLNi
‑
Cu LDH；步骤二、制备SLNi
‑
Cu LDH：将步骤一制得的ML Ni
‑
Cu LDH与甲酰胺混合，加热反应，反应液纯化、干燥，得SL Ni
‑
Cu LDH。
[0007]本专利技术步骤一和二中去离子水起溶解作用，六水合硝酸锌、十二烷基硫酸钠(SDS)和六亚甲基四胺(HMT)和二水合氯化铜形成含有特定Ni
‑
Cu LDH的无机化合物。Ni(OH)2纳米片上负载Cu，Cu的高电子密度阻碍了HER的竞争反应，显著降低了硝酸根的还原能垒，且Cu的轨道与硝酸根的LUMOΠ
*
的能级相似，所以在硝酸根还原中有很高的潜力。
[0008]作为优选，步骤一中六水合硝酸镍和二水合氯化铜的物质的量比例为Ni:Cu＝1:(0.1
‑
1)。
[0009]作为优选，步骤一中六水合硝酸镍、十二烷基硫酸钠SDS和六亚甲基四胺HMT的物质的量比为(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
2)。
[0010]作为优选，步骤一所述加热反应的条件为110
‑
130℃下反应10
‑
12h。
[0011]作为优选，步骤一所述干燥的条件为室温下风干至恒重。
[0012]作为优选，步骤二所述甲酰胺的用量为步骤一中每1mmol六水合硝酸镍对应加入75
‑
200ml甲酰胺。
[0013]作为优选，步骤二所述加热反应的条件为50
‑
70℃下、惰性气体保护下、加热搅拌47
‑
50h。
[0014]作为优选，步骤二所述纯化的步骤为：反应液先超声1
‑
2h，再以小转速离心3
‑
5min取上层溶液，然后以大转速离心10
‑
12min以去除杂质，用去离子水和无水乙醇过滤洗涤若干次。
[0015]作为优选，步骤二所述小转速离心转速为3000
‑
5000r/min，大转速离心转速为8000
‑
10000r/min。
[0016]因此，本专利技术的有益效果为：本专利技术制备的Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂，为多孔结构，具有较高的理论比电容和优良的氧化还原性，是一种极具吸引力的超级电容器候选材料，在电化学工作站中可以产生更高的电催化活性，在电催化领域有广泛的应用前景。而且本专利技术提供的合成方法具有工艺简单、耗能少、条件温和及产品形貌好等特点，适合大规模生产应用。
附图说明
[0017]图1是实施例5制得的Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的TEM图；图2是实施例5制得的Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的XRD图；图3是实施例5制得的Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂不同电压下的活性图；图4是实施例1
‑
7及对比例1制得的电催化剂的活性对比图；图5是实施例5制得的Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的循环稳定性图。
具体实施方式
[0018]下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0019]本专利技术中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0020]实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制备ML Ni
‑
Cu LDH：先将六水合硝酸镍、十二烷基硫酸钠SDS和六亚甲基四胺HMT溶解在去离子水中，搅拌，再加入二水合氯化铜，继续搅拌，惰性气体保护下加热反应，产物过滤、洗涤、干燥，得MLNi
‑
Cu LDH；步骤二、制备SLNi
‑
Cu LDH：将步骤一制得的ML Ni
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Cu LDH与甲酰胺混合，加热反应，反应液纯化、干燥，得SL Ni
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Cu LDH。2.根据权利要求1所述的一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中六水合硝酸镍和二水合氯化铜的物质的量比例为Ni:Cu＝1:(0.1
‑
1)。3.根据权利要求1或2所述的一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中六水合硝酸镍、十二烷基硫酸钠SDS和六亚甲基四胺HMT的物质的量比为(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
2)。4.根据权利要求1所述的一种Ni
‑
Cu LDH金属纳米层材料电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述加热反应的条件为110
‑
130℃下反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶伟，徐梦秋，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：