一种硫离子氧化耦合硝酸根还原产氨的电催化方法技术

本发明专利技术提供了硫掺杂镍铁氢氧化物在硫离子氧化耦合硝酸根还原电催化制氨中的应用

【技术实现步骤摘要】
一种硫离子氧化耦合硝酸根还原产氨的电催化方法


[0001]本专利技术属于电催化制氨制备
，涉及硫掺杂镍铁氢氧化物在硫离子氧化耦合硝酸根还原电催化制氨中的应用以及一种硫离子氧化耦合硝酸根还原制氨的电催化方法，尤其涉及一种硫离子氧化耦合硝酸根还原产氨的电催化方法
。

技术介绍

[0002]氨
(NH3)
作为化肥和药品生产中不可缺少的原料，是产量最高的化学品之一
。
同时，由于其较高的氢含量
(17.8wt.
％
)
和相对容易实现的液化条件
(
室温下约
10bar
，或大气压下
‑
33℃)
，氨成为了一种潜在的氢气载体和无碳燃料
。
目前，成熟的工业合成氨依赖于高能耗的
Haber
‑
Bosch
工艺，同时排放大量二氧化碳
。
故而，在温和条件下，利用可再生电力电化学还原
N2或
NO3‑
(NRR
或
NO3RR)
制氨成为了一种有吸引力的替代方法，得到了大量研究
。
然而，由于氮气的化学惰性，电化学
NRR
仅实现了较差的氨产率和法拉第效率
。
相反，由于
N
＝
O
键的解离能较低，电化学
NO3RR
在动力学上更加有利
。
同时，硝酸盐可以从农业径流r/>、
工业废水和等离子体处理氮气中获得
。
所以，基于高效电催化剂的电化学
NO3RR
为大规模产氨和废水反硝化提供了一个有前景的替代方案
。
但是，对于
NO3RR
的研究还存在一些问题，如贵金属催化剂导致成本高昂，动力学上有待提高以及进一步降低能耗等等
。
[0003]因此，如何找到一种更为适宜的反应路线，解决上述
NO3RR
制氨反应路线上存在的上述技术问题，已成为业内诸多一线研究人员广为关注的焦点之一
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供硫掺杂镍铁氢氧化物在硫离子氧化耦合硝酸根还原电催化制氨中的应用以及一种硫离子氧化耦合硝酸根还原制氨的电催化方法，特别是一种硫离子氧化耦合硝酸根还原产氨的电催化方法，本专利技术以两次还原的金属铜电极作为阴极，以负载在泡沫镍上的硫掺杂镍铁氢氧化物电极为阳极，组装成电解反应体系，在阴极实现硝酸根还原合成氨，在阳极实现负二价硫离子氧化为负一价硫离子
、
负一价多硫离子以及最终产物硫单质
。
[0005]本专利技术提供了硫掺杂镍铁氢氧化物在硫离子氧化耦合硝酸根还原电催化制氨中的应用
。
[0006]优选的，所述应用包括作为催化剂的应用；
[0007]所述催化剂包括硫掺杂镍铁氢氧化物和泡沫镍；
[0008]所述催化剂具体为催化剂电极
。
[0009]优选的，所述电催化制氨中的阳极包括负载在泡沫镍上的硫掺杂镍铁氢氧化物；
[0010]所述电催化制氨中的阴极包括铜电极；
[0011]所述铜电极具体为经过化学还原和电化学还原后的金属铜电极
。
[0012]优选的，所述电催化制氨中的阴极室电解液为碱性硝酸钾混合溶液；
[0013]所述电催化制氨中的阳极室电解液为碱性硫化钠混合溶液；
[0014]所述电催化制氨为低槽电压电催化制氨；
[0015]所述电催化制氨的驱动电压为
1.1
～
1.3V。
[0016]本专利技术提供了一种硫离子氧化耦合硝酸根还原制氨的电催化方法，包括以下步骤：
[0017]以金属铜电极作为阴极，以负载在泡沫镍上的硫掺杂镍铁氢氧化物电极作为阳极，组装成电解反应体系，在低槽电压下进行电催化过程，得到氨
。
[0018]优选的，所述金属铜电极为化学还原和电化学还原后的金属铜电极；
[0019]所述电催化过程中的阴极室电解液为碱性硝酸钾混合溶液；
[0020]所述电催化过程中的阳极室电解液为碱性硫化钠混合溶液；
[0021]所述电催化制氨的驱动电压为
1.1
～
1.3V。
[0022]优选的，所述碱性硝酸钾混合溶液包括氢氧化钾和硝酸钾混合溶液；
[0023]所述氢氧化钾与硝酸钾的摩尔比为
(5
～
20)
：1；
[0024]所述碱性硫化钠混合溶液包括氢氧化钾和硫化钠混合溶液；
[0025]所述氢氧化钾与硫化钠的摩尔比为
(1
～
10)
：
1。
[0026]优选的，所述金属铜电极的制备方法包括以下步骤：
[0027]1)
将氯化铜溶液和硼氢化钠溶液进行混合后，反应得到化学还原的金属铜纳米颗粒；
[0028]2)
将上述步骤得到的化学还原的金属铜纳米颗粒
、Nafion
和异丙醇再次混合后，滴在生碳纸上，得到化学还原铜电极；
[0029]3)
将上述步骤得到的化学还原铜电极，在碱性的含硝酸根的电解液中，经过电化学还原后，得到金属铜电极
。
[0030]优选的，所述氯化铜与硼氢化钠的质量之比为
(1
～
4)
：4；
[0031]所述碱性含硝酸根的电解液中的碱性物质包括
KOH
和
/
或
NaOH
；
[0032]所述碱性含硝酸根的电解液中的硝酸根化合物包括
KNO3和
/
或
NaNO3；
[0033]所述电化学还原具体为在
‑
0.2
～
‑
0.3V vs.RHE
下还原1～
2h
；
[0034]所述电催化过程中，阴极硝酸根还原后合成氨
。
[0035]优选的，所述硫掺杂镍铁氢氧化物电极的制备方法，包括以下步骤：
[0036](1)
将泡沫镍置于化学侵蚀液中进行侵蚀和沉淀，得到镍铁氢氧化物电极；
[0037](2)
在碱性含硫离子的电解液中，将上述步骤得到的镍铁氢氧化物电极，通过多圈线性扫描伏安法活化镍铁氢氧化物电极，得到硫掺杂镍铁氢氧化物电极；
[0038]所述化学侵蚀液中包括硝酸铁
、
硫代硫酸钠和水；
[0039]所述硝酸铁和硫代硫酸钠的质量比为
(6
～
8)
：1；
[0040]所述侵蚀和沉淀的反应时间为
10
～
12
分钟；
[0041]所述碱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
硫掺杂镍铁氢氧化物在硫离子氧化耦合硝酸根还原电催化制氨中的应用
。2.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括作为催化剂的应用；所述催化剂包括硫掺杂镍铁氢氧化物和泡沫镍；所述催化剂具体为催化剂电极
。3.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化制氨中的阳极包括负载在泡沫镍上的硫掺杂镍铁氢氧化物；所述电催化制氨中的阴极包括铜电极；所述铜电极具体为经过化学还原和电化学还原后的金属铜电极
。4.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化制氨中的阴极室电解液为碱性硝酸钾混合溶液；所述电催化制氨中的阳极室电解液为碱性硫化钠混合溶液；所述电催化制氨为低槽电压电催化制氨；所述电催化制氨的驱动电压为
1.1
～
1.3V。5.
一种硫离子氧化耦合硝酸根还原制氨的电催化方法，其特征在于，包括以下步骤：以金属铜电极作为阴极，以负载在泡沫镍上的硫掺杂镍铁氢氧化物电极作为阳极，组装成电解反应体系，在低槽电压下进行电催化过程，得到氨
。6.
根据权利要求5所述的电催化方法，其特征在于，所述金属铜电极为化学还原和电化学还原后的金属铜电极；所述电催化过程中的阴极室电解液为碱性硝酸钾混合溶液；所述电催化过程中的阳极室电解液为碱性硫化钠混合溶液；所述电催化制氨的驱动电压为
1.1
～
1.3V。7.
根据权利要求6所述的电催化方法，其特征在于，所述碱性硝酸钾混合溶液包括氢氧化钾和硝酸钾混合溶液；所述氢氧化钾与硝酸钾的摩尔比为
(5
～
20)
：1；所述碱性硫化钠混合溶液包括氢氧化钾和硫化钠混合溶液；所述氢氧化钾与硫化钠的摩尔比为
(1
～
10)
：
1。8.
根据权利要求5所述的电催化方法，其特征在于，所述金属铜电极的制备方法包括以下步骤：
1)
将氯化铜溶液和硼氢化钠溶液进行混合后，反应得到化学还原的金属铜纳米颗粒；
2)
将上述步骤得到的化学还原的金属铜纳米颗粒
、Nafion
和异丙醇再次混合后，滴在生碳纸上，得到化学还原铜电极；
3)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新波，王志，钟海霞，鲍迪，王德鹏，洪洋，张宁，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：