一种磷化铜制造技术

本发明专利技术公开了一种磷化铜

【技术实现步骤摘要】
一种磷化铜/磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于硝酸根还原转氨催化剂的制备
，具体涉及一种磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂的制备方法
。

技术介绍

[0002]氨（
NH3）是现代工业最为重要的化学原料之一，在化工
、
农业
、
医药等多个领域都有广泛应用，尤其是用之制造的化肥，对提高农作物产量至关重要
。
此外，氨也是一种绿色的储氢能源，其能量密度高，易于储存运输，且无二氧化碳的排放，是一个理想的能源载体
。
目前氨的合成主要是基于哈伯法，即向反应塔中通入氮气和氢气进行反应来制备氨
。
由于氮气较为稳定（氮氮三键的键能为
941 kJ/mol
），因此哈伯法的操作条件较为苛刻（例如，高温高压），且耗能巨大（每年约消耗
2%
的能源）
。
基于电化学方法还原氮气为氨，虽能够在常温常压下进行，但受限于氮气在水中的溶解度较小和析氢反应的竞争等问题，其产率和选择性也不如人意
。
与此同时，硝酸根中氮氧键的键能仅为
204 kJ/mol
，并且硝酸盐广泛存在于工业废水
、
地下污水和水径流中，易引起水体污染，危害人类身体健康
。
因此，通过电化学方法将硝酸盐还原为氨，既可促进废水反硝化，又可得到附加值较高的产物氨，是一种有前景
、
可持续的氨生产方法
。
[0003]硝酸根还原为氨涉及到八个电子的转移和多个活性中间体的生成，反应机理较为复杂，动力学较为缓慢，因而需要人们开发出廉价高效的硝酸根还原催化剂以促进该反应快速且高选择性地进行
。
自然界的反硝化过程是硝酸盐先被硝酸盐还原酶还原为亚硝酸盐（
NO3−
→
NO2−
），再由亚硝酸盐还原酶还原为氨（
NO2−
→
NH3）
。
受此启发，人们也将电催化硝酸根还原为氨分为脱氧（
NO3−
→
NO2−
）和加氢（
NO2−
→
NH3）两个主要的步骤（
Nat. Commun. 2022, 13, 7958
）
。
由于铜可有效地将硝酸根还原为亚硝酸根，铁是亚硝酸盐还原酶的主要成分，所以基于铜和铁的催化剂有望分别促进硝酸根还原中脱氧和加氢步骤的进行
。
如若将铜基和铁基催化剂整合到一起，同时兼顾其活性表面积和导电性，所形成的异质结材料将是串联催化硝酸根还原为氨的理想催化剂
。
[0004]因此，开发具有高比表面积和良好导电性的铜铁基异质结催化剂对于硝酸根还原为氨反应的研究具有重要意义
。
基于此，本专利技术提出了一种基于类普鲁士蓝衍生的异质结构磷化铜
/
磷化铁催化剂的制备方法，可作为高效的硝酸根还原转氨催化剂，目前尚无该方面的相关报道
。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂的制备方法
。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤
S1
：配制铜盐和柠檬酸钠的混合溶液
A
，其中铜盐为氯化铜
、
硫酸铜
、
乙酸铜或硝酸铜中的一种或多种，配制铁氰化物溶液
B
，其中铁氰化物为铁氰化钾
、
铁氰化钠或铁氰化铵中的一种或多种，将溶液
B
倒入搅拌的溶液
A
中，于室温静置老化，将所得产物依次进行离心
、
洗涤
、
干燥，得到类普鲁士蓝化合物；步骤
S2
：将步骤
S1
得到的类普鲁士蓝化合物和次亚磷酸钠在气体保护下于
150
‑
400 ℃
煅烧1‑
3.5 h
，得到磷化铜
/
磷化铁异质结材料；该磷化铜
/
磷化铁异质结材料的形貌为尺寸均匀的纳米颗粒，该磷化铜
/
磷化铁异质结材料能够用于作为硝酸根还原转氨电催化剂，由于其较大的比表面积，均匀的活性位点，易于调节的金属组分和良好的导电性，在碱性条件下展现出优异的电催化硝酸根还原活性和选择性
。
[0007]进一步限定，步骤
S1
中所述的铜盐和柠檬酸钠的投料摩尔比为
1:1
‑
1:2。
[0008]进一步限定，步骤
S1
中所述的静置老化时间为
12
‑
24 h。
[0009]进一步限定，步骤
S2
中所述气体为氮气
、
氩气或氢气中的一种或多种
。
[0010]进一步限定，步骤
S2
中所述煅烧过程的升温速率为2‑
10 ℃/min。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
1、
本专利技术所制备的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂，原材料简单易得，成本低廉，无毒无害；所需条件较为温和，所需设备较为常规，易于制备和调控
。
[0012]2、
本专利技术所制备的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂，其形貌为尺寸均匀的纳米颗粒，仍能保持类普鲁士蓝化合物的高比表面积，提供较多的活性位点
。
[0013]3、
本专利技术所制备的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂，其良好的导电性能够保证电子的快速传递
。
[0014]4、
本专利技术所制备的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂，其独特的组成和结构极大地提升了硝酸根还原转氨的催化性能，例如，该催化剂在
−
0.6 V vs RHE
的电位下表现出较大的氨法拉第效率（
87.6
％）和氨产率（
1.04 g h
−
1 cm
−2）
。
[0015]5、
本专利技术所提出的磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂，基于其独特的组成
、
结构和导电性，有效地促进硝酸根还原中的脱氧和加氢步骤的进行，从而降低反应过程中的能垒，具有优异的硝酸根转氨催化活性和选择性
。
附图说明
[0016]图1为实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磷化铜
/
磷化铁异质结构硝酸根还原转氨催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤
S1
：配制铜盐和柠檬酸钠的混合溶液
A
，其中铜盐为氯化铜
、
硫酸铜
、
乙酸铜或硝酸铜中的一种或多种，配制铁氰化物溶液
B
，其中铁氰化物为铁氰化钾
、
铁氰化钠或铁氰化铵中的一种或多种，将溶液
B
倒入搅拌的溶液
A
中，于室温静置老化，将所得产物依次进行离心
、
洗涤
、
干燥，得到类普鲁士蓝化合物；步骤
S2
：将步骤
S1
得到的类普鲁士蓝化合物和次亚磷酸钠在气体保护下于
150
‑
400 ℃
煅烧1‑
3.5 h
，得到磷化铜
/
磷化铁异质结材料；该磷化铜
/
磷化铁异质结材料的形貌为尺寸均匀的纳米颗粒，该磷化铜
/
磷化铁异质结材料能够用于作为硝酸根...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐静，李雪，陈明星，陈起真，吴呈珂，李晶，上官恩波，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：