【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料合成和电催化，具体是指一种三金属mof纳米片催化剂的合成方法及其在电催化还原硝酸盐产氨中的应用。
技术介绍
1、在过去几十年中，地表水和地下水中的硝酸盐(no3-)浓度急剧增加，这是由于过度使用化肥、燃烧化石燃料和排放含no3-废水所致。硝酸盐污染导致严重的富营养化，并威胁人类健康。no3-在体内转化为no2-可导致高铁血红蛋白血症，甚至癌症。目前已经开发了许多技术来去除水中的硝酸盐，如反渗透、离子交换、生物脱氮、催化和光催化还原。然而，这些解决方案有一些局限性，如成本高、需要二次处理以及动力学缓慢等因素。电催化no3-还原反应利用电子作为绿色还原剂，产生无害的氮气(n2)或更多附加值的氨(nh3)，是消除污染水中no3-的有力替代方案。
2、作为一类具有周期性网络结构的晶体多孔材料，大多数mof具有高孔隙率、结构稳定、通过改变金属中心和有机配体调节孔径和尺寸的优点，已被广泛应用于气体吸附和分离、催化、生物医药等领域。特别是在电催化领域，如析氧反应(oer)、氧还原反应(orr)、二氧化碳还原反应(co2rr)和析氢反应(her)，mof及其衍生物材料近年来也得到了广泛的研究和应用。泡沫镍(nf)作为一种具有良好导电性和优良电化学稳定性的过渡金属基材料，被广泛应用于电池电极、催化剂以及过滤器等领域。此外，泡沫镍本身的孔隙结构带来的良好分散性以及耐高温的特性更是使其可以用作水热或溶剂热等方法的基底来负载催化剂。这种在泡沫镍表面原位负载的催化剂不仅分布均匀，导电性好，还能避免传统粉末催化剂需添加粘合
3、过渡金属基mof催化剂由于其在电催化领域展现的优异性能而被广泛关注。在各种非贵金属电催化剂中，第一排过渡金属，如ni、co和fe，显示出最广阔的应用前景。尽管近年来已经研究了大量单金属基或多金属基mof催化剂用于电催化领域，然而，有关mof衍生的硝酸盐还原产氨反应电催化剂的报道仍处于起步阶段，尤其是在泡沫镍表面原位负载nifeco三金属mof催化剂用于电催化硝酸盐合成氨的研究尚未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种泡沫镍上原位生长铁钴镍三金属mof纳米片催化剂的合成方法及其应用于电催化还原硝酸盐产氨，具体是指采用泡沫镍作为镍源，水热法在泡沫镍表面原位负载mof纳米片，直接将其用于电催化产氨，并取得了良好的效果。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种三金属纳米片催化剂的合成方法，包括以下步骤：
4、①将泡沫镍和金属盐-配体溶液置于反应釜中通过水热法原位将mof纳米片负载到泡沫镍表面；
5、②产物进行冲洗、干燥，得到原位负载了mof纳米片的泡沫镍。
6、具体制备方法为：
7、首先将泡沫镍分别用丙酮、2-6mol/l盐酸溶液超声清洗10-30min除去表面的有机物以及氧化物，然后用去离子水和乙醇清洗，真空干燥备用；将一片干燥后的泡沫镍倾斜放置于聚四氟乙烯内衬中，将金属盐-配体溶液倒入，将内衬封闭于反应釜中；将反应釜放置于电热鼓风干燥箱中，设置温度90℃-240℃，反应12-24h。
8、所述金属盐-配体溶液为不同比例的镍、铁、钴金属盐-配体溶液。
9、采用本专利技术泡沫镍的处理方法，通过控制加入不同金属盐的比例，不同配体，反应时间以及反应温度等参数，有利于获得厚度为10纳米的超薄纳米片阵列。
10、步骤①中，加入金属盐的总量为0.2mmol；
11、优选的，步骤①中，所述金属盐-配体溶液的制备方法为：称取铁盐和钴盐总量为0.2mmol溶解于去离子水+无水乙醇+dmf的15ml混合溶液中；加入0.1mmol柠檬酸钠以及2mmol对苯二甲酸(bdc)并搅拌均匀；
12、步骤①中，所述水热反应温度为90℃-240℃；
13、优选的，步骤①中，将厚度为1.0mm的泡沫镍和金属盐溶液置于反应釜中，反应温度为120℃，反应20h，通过溶剂热法原位将三金属mof纳米片负载到泡沫镍表面。
14、步骤②中所述清洗是指用去离子水和无水乙醇分别冲洗3次；
15、步骤②中干燥是指90℃电热鼓风干燥箱中干燥12h；
16、本专利技术提供的一种三金属mof纳米片催化剂，是厚度为10纳米左右的超薄纳米片。
17、本专利技术提供的一种三金属mof纳米片催化剂的应用，用于电催化产氨。
18、本专利技术提供的三金属mof纳米片催化剂用于电催化产氨的具体方法为：
19、将上述制备的nifeco-bdc/nf直接作为阴极用于电催化产氨。
20、本专利技术将nifeco-bdc/nf作电极用于电催化产氨，具有显著的产氨速率以及较高的法拉第效率(fe)。本专利技术提供的三金属mof纳米片催化剂合成方法简单、成本低廉，获得的纳米片性能稳定，大小均匀，促进产氨效果显著。
21、与现有技术相比较，本专利技术具有如下优点和效果：
22、1.本专利技术涉及的绿色合成mof纳米片的制备方法简便，也无需高昂的仪器设备，操作简单易行、经济环保；
23、2.本专利技术所制得的mof纳米片催化剂性能稳定、尺寸大小均一，具有良好的导电性和电化学稳定性。将其应用于电催化产氨，获得了显著的效果。
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1.一种泡沫镍原位生长三金属基MOF纳米片催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：①将泡沫镍分别用丙酮、2-6mol/L盐酸溶液超声清洗10-30min除去表面的有机物以及氧化物，然后用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥备用；②将适量的铁盐、钴盐、有机配体以及催化剂溶于去离子水+DMF+乙醇的混合溶液中；③将一片干燥的泡沫镍倾斜放置于聚四氟乙烯内衬中，将步骤②配好的溶液倒入后将内衬封闭于反应釜中；④将组装好的反应釜放置于电热鼓风干燥箱中，设置温度，反应12h-24h；⑤反应完成后自然冷却干燥，待反应釜温度降到室温后取出内衬，用去离子水冲洗掉泡沫镍表面残余物质，在90℃下干燥12h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤①中，泡沫镍的厚度为0.5mm-5mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤②中，加入铁盐的量为0mmol-0.2mmol。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤②中，加入钴盐的量为0mmol-0.2mmol。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤②中，加入不同量
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤②中，加入的有机配体为对苯二甲酸(BDC)或均苯三酸(BTC)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤④中，设置的反应温度为90℃-240℃。
8.一种权利要求1-7任一项所述制备方法制备的三金属MOF纳米片催化剂的应用，其特征在于，用于电催化还原硝酸盐产氨。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述具体应用方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍原位生长三金属基mof纳米片催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：①将泡沫镍分别用丙酮、2-6mol/l盐酸溶液超声清洗10-30min除去表面的有机物以及氧化物，然后用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥备用；②将适量的铁盐、钴盐、有机配体以及催化剂溶于去离子水+dmf+乙醇的混合溶液中；③将一片干燥的泡沫镍倾斜放置于聚四氟乙烯内衬中，将步骤②配好的溶液倒入后将内衬封闭于反应釜中；④将组装好的反应釜放置于电热鼓风干燥箱中，设置温度，反应12h-24h；⑤反应完成后自然冷却干燥，待反应釜温度降到室温后取出内衬，用去离子水冲洗掉泡沫镍表面残余物质，在90℃下干燥12h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤①中，泡沫镍的厚度为0.5mm-5mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，张锁江，崔朋蕾，赵秋，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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