一种氨氧化多界面电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氨氧化多界面电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化材料技术领域，制备方法包括如下步骤：铑片合成：以苯甲醇为溶剂，加入乙酰丙酮铑引入铑源，PVP作为表面活性剂，甲醛同时作为还原剂和配位剂，在高温下的烘箱中反应一段时间，反应结束后的产物溶液加入丙酮沉降；金属负载：等摩尔的铑片和乙酰丙酮盐分散在苯甲醇溶液中，混合均匀后移至反应釜中，在高温下的烘箱中反应一段时间即可得到最终产物。本发明专利技术制备了一种具有片状结构的铑片催化剂，其独特的超薄片状结构利于其他金属在其表面进行负载。铑片负载铂镍金属催化剂具有片状花的形貌，实现了电极的催化活性和稳定性的显著提高。稳定性的显著提高。稳定性的显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种氨氧化多界面电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化材料
，特别涉及一种氨氧化多界面电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石油衍生燃料通常具有可扩展性、高能量密度和容易运输等优点，但它们在能源利用过程中会排放大量的有害气体，进而引发一系列的环境问题。氢能是一种很有前途的可持续发展能源，由于它作为燃料被消耗时生成水并且获得来源十分广泛，因此成为燃料电池理想的能源载体。然而，氢气生产、储存和运输相关的巨大挑战仍然阻碍其在能源市场上被广泛使用。因此，探寻具有储存容量高、运输安全隐患小、操作技术难度低的新型储氢方法以实现氢能的高效利用变得至关重要。随着可再生能源制氨技术的快速发展，氨作为一种无碳、含氢量高的燃料，被认为是传统化石燃料最有前景的替代燃料。除了作为储氢应用的载体，氨可以用于直接氨燃料电池，在阳极进行电化学氧化。然而，氨氧化反应是一个复杂而缓慢的动力学过程。在氨氧化反应过程中，强吸附反应中间体(如*N和*NO)通常产生毒化作用而迅速使催化剂失活。因此，提高氨氧化反应催化剂的活性和抗中毒性仍然是一个重要的挑战。
[0003]目前对氨氧化机理的研究及电催化性能的优化大多都是基于Pt催化来开展的。根据文献报道，在使用Pt电极时，氨氧化反应几乎只在Pt(100)晶面发生，而Pt(110)、(111)晶面很少有活性，从侧面佐证了氨氧化反应是对结构十分敏感的反应。研究员们在G
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M机理的支持下研究了Pt(100)晶面上氨的氧化机理，认为通过N
‑r/>N键的耦合形成N2分子是不太可能的，因为这在化学反应的能量变化上是不利的。N
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N键的耦合会被具有强吸附能力的*N和*NO所抑制，而这些产物是由*NH进一步氧化形成。因此，为提高Pt基催化剂的活性和稳定性，应加速二氮的耦合而抑制*NH的进一步氧化，使催化反应向着有利于生成N2的方向进行。
[0004]虽然Pt合金催化剂表现出良好的活性，但昂贵的成本和*N对铂电极的毒化失活是其广泛应用的主要障碍。在提高氨氧化活性的催化剂中努力减少Pt的用量是十分可取的，因此进一步合金化其他地球上丰富的非贵金属(如铁、钴、镍、铜、锌等)是很有必要的。其中，Ni是氨氧化中研究最广泛的催化剂之一。纯Ni电极对氨氧化没有活性。有研究人员发现Ni的引入可降低Pt合金的起始电位，增加氨氧化的反应速率。这是因为Ni的引入提高了表面位点中d轨道上态密度的中心能，降低了反应中间体*NH2脱氢为*NH的理论起始电位。因此，开发高效、稳定、低成本的多元Pt基合金催化剂在降低氨氧化反应起始电位、提高电流密度等方面具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中提及的技术问题，本专利技术提供了一种氨氧化多界面电催化剂及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种氨氧化多界面电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)铑片合成：以苯甲醇为溶剂，加入乙酰丙酮铑引入铑源，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作为表面活性剂，甲醛同时作为还原剂和配位剂，在高温下的烘箱中反应一段时间，反应结束后的产物溶液加入丙酮沉降。
[0009](2)金属负载：等摩尔的铑片和乙酰丙酮盐分散在苯甲醇溶液中，混合均匀后移至反应釜中，在高温下的烘箱中反应一段时间即可得到最终产物。
[0010]进一步地，步骤(1)的具体操作过程为：将乙酰丙酮铑和PVP均匀分散到苯甲醇和甲醛的混合溶液中，经过1小时的高速搅拌后，混合溶液倒入反应釜中并密封置于烘箱中保温反应，反应结束，冷却至室温后，向混合溶液中加入丙酮，沉降，离心洗涤得到黑色产物，即为铑片。
[0011]进一步地，步骤(1)中乙酰丙酮铑、PVP、苯甲醇、甲醛和丙酮的用量比为8mg:120mg:3mL:3mL:10mL。
[0012]进一步地，步骤(1)中加入丙酮后的沉降时间为4h。
[0013]进一步地，步骤(2)中乙酰丙酮盐主要使用乙酰丙酮镍和乙酰丙酮铂。
[0014]进一步地，步骤(1)和步骤(2)中，反应温度固定180℃，反应时间分别为8h和12h。
[0015]所述电催化剂在电催化氧化氨制氢中的应用，如在氢燃料电池、直接氨氧化燃料电池、含氨废水处理等领域的应用。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术制备了一种具有片状结构的铑片催化剂，其独特的超薄片状结构利于其他金属在其表面进行负载。铑片负载铂镍金属催化剂具有片状花的形貌，实现了电极的催化活性和稳定性的显著提高。
[0018](2)本专利技术采用两步水热法制备铑片负载铂镍催化剂，第一步水热法成功合成单原子层铑片，作为负载金属的基底。第二步水热法在铑片上成功负载金属铂镍，所制备的铑片负载铂镍金属催化剂具有很好的氨氧化活性，铑铂镍三金属之间的协同作用显著提高了氨氧化的电催化活性和稳定性。
[0019](3)本专利技术制备的催化剂具有独特的片状花结构，铂镍颗粒在电流的激发下敲击铑片形成独特的“敲击效应”，大大提高了氨氧化电催化活性，使其优于商业铂碳。
[0020](4)本专利技术制备方法工艺简单，镍的引入提高了铂的利用率，极大提高氨氧化催化活性，具有很好的应用前景。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0022]图1为实施例1所制备的Rh片催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0023]图2为实施例1所制备的Rh片催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0024]图3为实施例2所制备的Rh
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Ni催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0025]图4为实施例2所制备的Rh
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Ni催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0026]图5为实施例3所制备的Rh
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Pt催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0027]图6为实施例3所制备的Rh
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Pt催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0028]图7为实施例4所制备的Rh
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PtNi催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0029]图8为实施例4所制备的Rh
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PtNi催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0030]图9为实施例5所制备的Rh
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Pt2Ni催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0031]图10为实施例5所制备的Rh
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Pt2Ni催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0032]图11为实施例6所制备的Rh
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Pt3Ni i催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
[0033]图12为实施例6所制备的Rh
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Pt3Ni催化剂循环伏安法测试(CV)谱图；
[0034]图13为实施例7所制备的Rh
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Pt4Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨氧化多界面电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)铑片合成：以苯甲醇为溶剂，加入乙酰丙酮铑引入铑源，PVP作为表面活性剂，甲醛同时作为还原剂和配位剂，在高温下的烘箱中反应一段时间，反应结束后的产物溶液加入丙酮沉降；(2)金属负载：等摩尔的铑片和乙酰丙酮盐分散在苯甲醇溶液中，混合均匀后移至反应釜中，在高温下的烘箱中反应一段时间即可得到最终产物。2.根据权利要求1所述的一种氨氧化多界面电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作过程为：将乙酰丙酮铑和PVP均匀分散到苯甲醇和甲醛的混合溶液中，经过1小时的高速搅拌后，混合溶液倒入反应釜中并密封置于烘箱中保温反应，反应结束，冷却至室温后，向混合溶液中加入丙酮，沉降，离心洗涤得到黑色产物，即为铑片。3.根据权利要求1所述的一种氨氧化多界面电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中乙酰丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴孔林，姚凯，魏先文，叶明富，童欣玥，闫伟杰，王天然，王亚武，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：