一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将前驱体盐FeCl3·

【技术实现步骤摘要】
一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于能源催化
，涉及一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]在自然界中，氮循环在维持生命方面起着关键的作用。而人工合成氨是世界上最大的工业合成化学品之一。目前，人工合成氨因为其具有高能量密度，易液化便于运输等优势，在农业、化工、医药、储能等领域被广泛应用。但是，目前工业上几乎所有的氨都是通过Haber
‑
Bosch工艺合成，而该工艺需要高温高压的反应条件，有着耗能高、温室气体排放量大等问题。因此，利用绿色、低能耗的新技术来驱动氮气还原合成氨反应，是一条非常有前景的、清洁、高效的可持续合成氨路线。常温常压下电催化还原NO3‑
溶液合成氨技术引起了研究者们的兴趣，其原理是在外部电子的驱动下，阳极空穴将OH
‑
氧化成氧气和H2O，而NO3‑
、氢质子在阴极表面发生逐步去氧加氢过程最终被电子还原为氨。在众多的电催化材料中，铜基催化剂以其无毒无害、原料廉价和研究历史久而备受研究者们的青睐，然而其作为电催化剂在实际应用中仍然存在活性位点少、NO3‑
逐步去氧加氢过程反应热力学能垒高等问题，使得铜基催化剂的活性以及法拉第效应并没有达到工业化应用的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法，该方法得到的催化剂的活性以及法拉第效应能够达到工业化应用的要求。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所述的用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0005]1)将前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI通过水热法制备六边形CuFeO2纳米片前体；
[0006]2)将所述六边形CuFeO2纳米片前体分散于Nafion与乙醇的混合液中，超声分散后滴加到碳纸基底上，再烘干，得电极，将所述电极置于H型反应器中进行原位重构，得到用于高效电催化还原硝酸根催化剂。
[0007]步骤1)的具体操作为：
[0008]将前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI分别加入至水中，搅拌均匀，加入KOH后冷却至室温，然后转移至反应釜中进行水热反应，再自然冷却至室温后进行离心分离，然后进行洗涤，得到黑色沉淀，然后将所述黑色沉淀进行冷冻干燥，得到六边形CuFeO2纳米片前体。
[0009]前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI的物质的量比为1:1。
[0010]水热反应过程中的温度为100
‑
160℃，水热反应时间为12
‑
36h。
[0011]通过去离子水及乙醇进行洗涤。
[0012]原位重构过程中的电解液为0.1M KNO3与1M KOH的混合物。
[0013]原位重构过程中的负电位为
‑
0.3～
‑
0.8V vs.RHE。
[0014]原位重构时间为20
‑
60min。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术所述的用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法在具体操作时，通过前驱体盐FeCl3·
6H2O和CuI采用水热方法合成尺寸为2μm的CuFeO2纳米片，通过原位重构CuFeO2双金属氧化物纳米片，原位重构后吸附在Fe2O3基底上的Cu更加有利于NO3‑
底物的吸附、活化以及逐步加氢制NH3过程，催化剂的活性以及法拉第效应能够达到工业化应用的要求。需要说明的是，本专利技术具有原材料廉价、反应条件简单、活性高效以及适合进一步规模化生产的特点，另外，本专利技术通过电化学原位重构的方法，避免额外的化学还原，实现高效电催化硝酸根催化剂的构建。
附图说明
[0017]图1为实施例一中原位重构CuFeO2纳米片的透射电子显微镜(TEM)表征图；
[0018]图2为实施例一中CuFeO2(a.b)、和Cu@Fe2O3(c.d)的SEM表征图；
[0019]图3为实施例一中CuFeO2(a)、和Cu@Fe2O3(b.c.d)的TEM表征图；
[0020]图4为实施例一中CuFeO2(黑)、和Cu@Fe2O3(绿)的Raman表征图；
[0021]图5为实施例二中原位重构CuFeO2纳米片的透射电子显微镜(TEM)表征图；
[0022]图6为实施例三中原位重构CuFeO2纳米片的透射电子显微镜(TEM)表征图；
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0024]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0025]本专利技术所述的用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0026]1)通过水热法制备尺寸为2μm的六边形CuFeO2纳米片前体；
[0027]具体过程为：将前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI按照物质的量比为1:1分别加入至80mL水中，磁力搅拌15min使其完全均匀，再加入20mM KOH，冷却至室温后转移至100mL反应釜中，在100
‑
160℃下水热反应12
‑
36h，自然冷却至室温后，在10000rpm下进行离心分离，再通过去离子水及乙醇进行洗涤，得到黑色沉淀，然后将所述黑色沉淀进行冷冻干燥，得到六边形CuFeO2纳米片前体。
[0028]2)原位重构CuFeO2双金属氧化物纳米片催化剂的制备；
[0029]具体过程为：将10mg的六边形CuFeO2纳米片前体分散在50μLNafion与950μL乙醇
的混合液中，超声分散30min，得分散液，取50μL的分散液并滴加在1cm*1cm的碳纸基底上，在100℃下烘干30min，得电极，将所述电极置于H型反应器中，以0.1M KNO3+1M KOH为电解液，在负电位
‑
0.3～
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0.8V vs.RHE下进行原位重构20
‑
60min，得到用于高效电催化还原硝酸根催化剂，然后在市售H型反应器内进行常温常压下电催化N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI通过水热法制备六边形CuFeO2纳米片前体；2)将所述六边形CuFeO2纳米片前体分散于Nafion与乙醇的混合液中，超声分散后滴加到碳纸基底上，再烘干，得电极，将所述电极置于H型反应器中进行原位重构，得到用于高效电催化还原硝酸根催化剂。2.根据权利要求1所述的用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：将前驱体盐FeCl3·
6H2O与CuI分别加入至水中，搅拌均匀，加入KOH后冷却至室温，然后转移至反应釜中进行水热反应，再自然冷却至室温后进行离心分离，然后进行洗涤，得到黑色沉淀，然后将所述黑色沉淀进行冷冻干燥，得到六边形CuFeO2纳米片前体。3.根据权利要求2所述的用于高效电催化还原硝酸根催化剂的制备方法，其特征在于，前驱体盐FeCl3·
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵东，马克，严孝清，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：