一种双金属氧化物OV-NiMnO3微米球及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电催化技术领域，提供了一种富含氧空位的双金属氧化物OV

【技术实现步骤摘要】
一种双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球及其制备方法


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会的蓬勃发展，化石燃料的使用与消耗日渐增多，寻找新型的能源替代品受到了能源领域的广泛关注。氨(NH3)作为重要的无机能源之一，具有能量密度高，低污染排放污染等优点，并且也作为原料被广泛应用于树脂，化肥，燃料以及药物等领域。目前人工合成氨气的方法主要是通过Haber
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Bosch法直接将氮气与氢气在高温高压条件下进行合成，因此该方法需要十分苛刻的高温高压环境与设备支持并且该方法的温室气体排放量高，对环境污染严重，不利于可持续发展。电催化氮气还原制氨(E
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NRR)克服了传统 Haber
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Bosch法的缺点，可以在常温条件下温和高效的生产氨，符合绿色化学的要求，在近几年受到了广泛的关注与研究。
[0003]尽管很多科研工作者已经证实电催化N2还原合成NH3是可行的，但由于受到N≡N键的制约大多数电催化剂的活性和选择性仍然停留在相对较低的水平。同时HER作为e NRR的主要竞争反应很大程度上抑制了合成NH3的效率。因此提高催化剂对N2的吸附能力同时促进催化剂向N2转移电子进而加速N≡N裂解是制备高性能催化剂的关键。考虑到制备具有独特的供电子能力和优异化学稳定性的多相催化剂是极其困难的，因此向电催化剂中引入更多的活性位点从而提高对N2的吸附及活化能力是极其迫切且非常重要的。对于氧化物催化剂来说引入氧空位是十分有效的改进方法，氧空位由于具有较低的形成能，被认为是过渡金属氧化物中最常见的阴离子空位。同时理论上，氧空位对于增强惰性气体分子的吸附和活化，以及降低反应的能量势垒具有重要意义因此，向电催化剂中引入氧空位并使其作为催化活性中心，可以作为调整电子结构、降低活化能垒、进一步提高E
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NRR活性的有效策略。根据以前的报道，已经制备了各种富含氧空位的氧化物材料应用于电催化氮气还原制氨，以达到改善制氨性能如提高产率和优化反应动力学的目的。例如，Zhang等通过简单的自身热解方法，将MnO2纳米线在350℃的氩气保护条件下进行热解，在MnO2纳米线表面构造出大量氧空位(LingZhang,et al.Chem.Commun,2019,55,4627)。制备的富含氧空位的MnO
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纳米线具有优异的电催化氮气还原性能(氨产量：9.97μg/h/cm2法拉第效率：11.4％)，与原始的MnO2相比(氨产量：1.41μg/h/cm2法拉第效率：1.96％)有很大的提升。
[0004]与单一金属氧化物相比，双金属氧化物具有双金属位点，能够更好的在氮气还原过程中固定氮气进行下一步的产氨过程。然而对于双金属氧化物的研究十分稀少，且这些研究得出的双金属氧化物的合成工艺复杂，反应条件要求高，双金属氧化物产氨性能低，法拉第效率低。
[0005]基于以上问题，本专利技术提供一种富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法，以解决双金属氧化物的合成工艺复杂，反应条件要求高，双金属氧化物做催化剂的反应产氨性能低，法拉第效率低的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有的双金属氧化物的合成工艺复杂，反应条件要求高，双金属氧化物做催化剂的反应产氨性能低，法拉第效率低的问题，本专利技术提供了一种富含氧空位的双金属氧化物 OV
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NiMnO3微米球的制备方法。
[0007]该制备方法包括以下步骤：
[0008]S1、将镍源化合物、锰源化合物和有机化合物加入到去离子水和无水乙醇的混合溶液中搅拌，随后进行水热反应得到Ni
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Mn前驱体；
[0009]S2、将所述Ni
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Mn前驱体放置管式炉中并在空气环境条件下氧化，待所述管式炉自然冷却到室温，得到NiMnO3微米球；
[0010]S3、将所述NiMnO3微米球放置在所述管式炉中并在氩气饱和的条件下热解，待所述管式炉自然冷却到室温得到所述富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球。
[0011]可选地，所述步骤S1中所述镍源化合物、所述锰源化合物和所述有机化合物的摩尔比为 1:1:10，所述镍源化合物的摩尔量为0.008～0.012mol。
[0012]可选地，所述步骤S1中的所述混合溶液的总体积为50～80mL，所述去离子水和所述无水乙醇的体积比为1：1。
[0013]可选地，所述镍源化合物为四水合乙酸镍或六水合硝酸镍，所述锰源化合物为四水合乙酸锰，所述有机化合物为尿素。
[0014]可选地，所述步骤S1中搅拌温度为20～30℃，搅拌时间为10～20min。
[0015]可选地，所述步骤S1中所述水热反应的温度为150～180℃，反应时间为5～7h。
[0016]可选地，所述步骤S2中氧化温度为500～600℃，氧化时间时间为2～3h。
[0017]可选地，所述步骤S3中热解温度为300～500℃，热解时间为2h。
[0018]本专利技术的另一目的是提供一种富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球。
[0019]该富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球按上任一项所述的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法制备。
[0020]可选地，所述的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球中氧空位的浓度数值是 21.5％～32.2％。
[0021]本专利技术提供的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法合成工艺简单，反应条件温和，根据该方法制备的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球做催化剂的反应产氨性能高，具有高法拉第效率。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例4所制得的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的透射电子显微镜图片；
[0023]图2是本专利技术实施例4所制得的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的扫描电子显微镜图片；
[0024]图3是本专利技术实施例4所制得的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的XRD图；
[0025]图4是本专利技术实施例1，实施例2，实施例3和实施例4所制得的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的ESR对比图；
[0026]图5是本专利技术实施例1，实施例2，实施例3和实施例4所制得的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的XPS对比图；
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将镍源化合物、锰源化合物和有机化合物加入到去离子水和无水乙醇的混合溶液中搅拌，随后进行水热反应得到Ni
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Mn前驱体；S2、将所述Ni
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Mn前驱体放置管式炉中并在空气环境条件下氧化，待所述管式炉自然冷却到室温，得到NiMnO3微米球；S3、将所述NiMnO3微米球放置在所述管式炉中并在氩气饱和的条件下热解，待所述管式炉自然冷却到室温得到所述富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球。2.如权利要求1所述的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述镍源化合物、所述锰源化合物和所述有机化合物的摩尔比为1:1:10，所述镍源化合物的摩尔量为0.008～0.012mol。3.如权利要求1所述的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述混合溶液的总体积为50～80mL，所述去离子水和所述无水乙醇的体积比为1：1。4.如权利要求1所述的富含氧空位的双金属氧化物OV
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NiMnO3微米球的制备方法，其特征在于，所述镍源化合物为四水合乙酸镍或六水合硝酸镍，所述锰源化合物为四水合乙酸锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：高发明，李贺恩，陈树衡，陈建敏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：