枝晶状Cu-In-Re合金催化剂及制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及枝晶状Cu

【技术实现步骤摘要】
枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂及制备方法、应用


[0001]本专利技术属于主族金属基纳米材料领域，特别涉及枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂及制备方法、应用。

技术介绍

[0002]NH3作为一种难以割舍的化工原料，在肥料、农药、染料的合成中是必不可少的。目前工业上主要采用传统的哈伯博施法制氨，其高温高压的反应条件不仅造成能源危机，还会产生大量二氧化碳排放量，与目前的环保理念相悖。近几年，设备简单、反应条件温和的电催化还原合成氨成为研究热点。电催化氮还原反应(NRR)用于制氨得到了科研人员的大量研究，成为有望替代哈伯博施工艺的新手段。但是N2面临着N≡N键裂解困难的挑战，难以实际应用。
[0003]NO3–
在自然环境中含量丰富，特别是在废水中，并且地下水中大量的硝酸盐威胁着人类的健康，需要迫切处理。硝酸根由于其N＝O键键能204kJ
·
mol
‑1明显低于N≡N键的键能(941kJ
·
mol
–1)，使其成为除氮气外的一种有吸引力的氮源。电催化硝酸根还原反应(NO3–
RR)可以将水中的硝酸盐污染转化为可利用的NH3和其他产物，以去除NO3–
，实现电催化脱硝，同时解决能源和环境问题，实现“一箭双雕”。通过合理设计催化剂材料，既可以选择性得到环境友好的氮气，也可以制备氨。该方法原料来源广泛、反应条件温和，逐渐成为国内外研究的热点，但我们迫切需求寻找高选择性和氨产率的电催化剂。近日一些研究人员的工作表明，对于一些主族金属如铋、铟等，可以通过缺陷、掺杂、结构调控等手段活化其所带p电子，从而提高电催化性能。通过不同过渡金属作为协同催化位点，与主族金属协同促进硝酸根还原。
[0004]鉴于此，本专利技术提供了一种通过动态氢气泡模板法制备并获得枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂，并实现电催化硝酸根还原领域的应用。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂及制备方法、应用。
[0006]本专利技术的一个目的通过以下技术方案实现：
[0007]枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，包括：
[0008]将铜箔置于电镀槽中，以铜溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电流进行电沉积Cu；
[0009]再以含铟铼溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电压法进行电沉积铟和铼，即得。
[0010]进一步地，所述恒电流的电流值为0～1.0A。
[0011]进一步地，所述恒电压的电压值为
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1.0～1.0V。
[0012]进一步地，所述铜溶液由硫酸铜、硫酸和水混合均匀制成。
[0013]进一步地，所述硫酸铜、硫酸和水按照用量比为0.1～10g:0～2.0mL:40mL。
[0014]进一步地，所述含铟铼溶液由氯化铟、高铼酸铵、十二烷基磺酸钠、氢氧化钾和水混合均匀制成。
[0015]进一步地，所述氯化铟、高铼酸铵、十二烷基磺酸钠、氢氧化钾和水的用量比为0.1～5g:0～1g:0～1g:0～5g:40mL。
[0016]本专利技术的第二个目的通过以下技术方案实现：
[0017]枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂，包括以下步骤制成：
[0018]将铜箔置于电镀槽中，以铜溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电流进行电沉积Cu；
[0019]再以含铟铼溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电压法进行电沉积铟和铼，即得。
[0020]本专利技术的第三个目的通过以下技术方案实现：
[0021]枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的应用，由枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法制备而成的Cu
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In
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Re合金催化剂在电催化硝酸根还原反应中的应用，包括：
[0022]以所述Cu
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In
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Re合金催化剂为工作电极，以碳棒为对电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以硫酸钠溶液、硝酸钠溶液为电解液，在H型电解槽内电解。
[0023]进一步地，所述Cu
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In
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Re枝晶状合金催化剂在电催化硝酸根还原反应中氨产率为274
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293.12μmol
·
h
–1·
cm
–2，法拉第效率为89
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90.6％。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术提供的Cu
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In
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Re合金催化剂制备方法获得的Cu
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In
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Re具有以下优点：
[0026]枝晶状形貌：所述Cu
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In
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Re合金催化剂制备方法为动态氢气泡模板法，通过电解程序(恒电流+恒电压组合)以及电解液的组合，使获得的Cu
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In
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Re的枝晶状更加复杂(从图1中可以看出，所得Cu
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In
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Re形貌具有多支化特征)；
[0027]高催化活性：上述的复杂的枝晶状形貌赋予了所得合金催化剂高的孔隙率，进一步增加所得Cu
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In
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Re合金催化剂能的电催化活性位点，赋予其更高的催化活性；
[0028]合金成分组合：所述Cu
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In
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Re合金催化剂相对于单金属或者双金属催化剂，具有更强的催化活性，且所得Cu
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In
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Re枝晶状合金催化剂在电催化硝酸根还原反应中氨产率高达293.12μmol
·
h
–1·
cm
–2，法拉第效率高达90.6％；而双金属合金Cu
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In催化剂的性能：在电催化硝酸根还原反应中氨产率为127.2μmol
·
h
–1·
cm
–2，法拉第效率为77.3％，Re金属的引入将催化剂的产氨效率提升了230％；
[0029]环境友好：所述Cu
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In
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Re合金催化剂应用于废水的脱硝中，还原效果好，不产生其他副产品，可循环使用，对环境友好。
[0030]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将铜箔置于电镀槽中，以铜溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电流进行电沉积Cu；再以含铟铼溶液为电解液，采用动态氢气泡模板法通过恒电压法进行电沉积铟和铼，即得。2.根据权利要求1所述的枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述恒电流的电流值为0～1.0A
·
cm
‑2。3.根据权利要求1所述的枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述恒电压的电压值为
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1.0～1.0V。4.根据权利要求1所述的枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜溶液由硫酸铜、硫酸和水混合均匀制成。5.根据权利要求4所述的枝晶状Cu
‑
In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫酸铜、硫酸和水按照用量比为0.1～10g:0～2.0mL:40mL。6.根据权利要求1
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5任一项所述的枝晶状Cu
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In
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Re合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述含铟铼溶液由氯化铟、高铼酸铵、十二烷基磺酸钠、氢氧化钾和水混合均...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭光，王乃文，
申请(专利权)人：王旭光，
类型：发明
国别省市：