【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电催化材料及其制备方法以及电化学还原硝酸盐的方法。
技术介绍
1、氨是世界上化肥的良好氮源，是世界上常见的化学产品之一，是氮肥生产的关键，作为下一代富氢燃料显示出巨大的前景。氨的年全球市场为1.5亿吨，目前是由化石燃料衍生的氢与氮在高温高压条件下的反应生产的(哈伯-博世法)。随着化石燃料的资源储量逐年减少，亟需发展可持续的氨合成的替代途径。
2、硝酸盐会引起水体富营养化，破坏水生生态系统。另外，人体中的硝酸盐可被胃肠道微生物还原为亚硝酸盐，导致肝损伤、高铁血红蛋白血症，甚至癌症。因此，电催化硝酸盐还原反应是一种可行的氨生产方法，在环境条件下的环境恢复和能源经济方面具有优势。
3、电极材料是电化学反应的关键。由贵金属和启动子金属组成的双金属电极已被广泛研究，然而，贵金属的高成本和稀缺性限制了其实际应用。因此，开发非贵金属电催化剂作为一种很有前途的硝酸盐电还原候选催化剂具有重要的应用意义。
技术实现思路
1、基于上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一是提供一种电催化材料，目的之二是提供一种电催化材料的制备方法，目的之三是提供一种电化学还原硝酸盐的方法。
2、在第一方面，本专利技术提供了一种电催化材料，该电催化材料包括氢氧化钴纳米片以及负载在所述氢氧化钴纳米片上的纳米铜颗粒。
3、在一些实施方式中，所述氢氧化钴纳米片的厚度为0.3nm-3nm，例如为0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9
4、在一些实施方式中，所述纳米铜颗粒的粒径为2nm-10nm，例如为2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、9.5nm或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述所述纳米铜颗粒的粒径为4-6nm。
5、在一些实施方式中，所述纳米铜颗粒为纳米铜单质颗粒。
6、本专利技术制备的电催化材料中，氢氧化钴二维纳米片厚度极薄，负载的纳米铜具有小尺寸、形貌均一、均匀分布，纯度高等特点。此外，纳米cu与co(oh)2纳米片界面的协同效应，cu表面促进硝酸盐还原为亚硝酸盐，而co(oh)2纳米片增加了亚硝酸盐转化为氨的过程，使催化电化学和氢化还原过程的杂化机制成为可能。与原始铜电极相比，克服了硝酸盐对亚硝酸盐初始还原反应的限制步骤，具有更高的硝酸盐转化率。
7、在第二方面，本专利技术提供了一种电催化材料的制备方法，其包括以下步骤：
8、s1：使铜配合物和钴配合物在还原剂存在下进行还原反应，得到反应产物；
9、s2：将步骤s1的反应产物进行水解处理。
10、本专利技术的制备方法中，将铜盐与钴盐转变为配合物后再进行还原，得到铜钴合金纳米颗粒，之后将纳米颗粒置于去离子水中超声处理，其中钴在超声作用下水解形成二维超薄氢氧化物，得到二维氢氧化钴纳米片负载超小尺寸纳米铜的电催化材料。
11、在一些实施方式中，所述还原剂的摩尔含量与所述铜配合物和钴配合物的摩尔含量之和的比例为1:(1-15)，例如为1:1、1:3、1:5、1:7、1:9、1:11、1:13、1:15或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述还原剂的摩尔含量与所述铜配合物和钴配合物的摩尔含量之和的比例为1:(2-10)。
12、在一些实施方式中，所述铜配合物与所述钴配合物的摩尔比为1:(0.5-10)，例如为1:0.5、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述铜配合物与所述钴配合物的摩尔比为1:(1-5)。
13、在一些实施方式中，所述铜配合物由铜离子与第一配体通过配位键结合而成。
14、在一些实施方式中，所述钴配合物由钴离子与第二配体通过配位键结合而成。
15、在一些实施方式中，所述第一配体和/或第二配体选自油酸钠、柠檬酸钠或癸二酸二钠中的至少一种。
16、在一些实施方式中，所述铜配合物通过将可溶性铜盐和第一配体在第一溶剂的存在下进行第一配位反应得到。
17、在一些实施方式中，所述可溶性铜盐与所述第一配体的摩尔比为1：(1-10)，例如为1:1、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述可溶性铜盐与所述第一配体的摩尔比为1：(2-5)。
18、在一些实施方式中，所述可溶性铜盐的摩尔量与所述第一溶剂的体积的比例为1mmol：(10-50)ml，例如为1mmol：10ml、1mmol：20ml、1mmol：30ml、1mmol：40ml、1mmol：50ml或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述可溶性铜盐的摩尔量与所述第一溶剂的体积的比例为1mmol：(10-20)ml。
19、在一些实施方式中，所述第一配位反应的温度为60℃-100℃，例如为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述第一配位反应的温度为70℃-80℃。
20、在一些实施方式中，所述第一配位反应的时间为4h-15h，例如为4h、6h、8h、10h、12h、14h、15h或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述第一配位反应的时间为6h-10h。
21、在一些实施方式中，所述可溶性铜盐选自草酸铜、硫酸铜、氯化铜、乙酸铜或硝酸铜中的至少一种。
22、在一些实施方式中，所述第一溶剂包括水、异丙醇和环己烷中的至少一种。在一些实施方式中，所述第一溶剂中，水、异丙醇和环己烷的体积比为1：(1-2)：(2-4)，例如为1:1:2、1:1.5:3、3:4:7、1:2:4或它们之间的任意值。第一溶剂中，水异丙醇相与环己烷相分层，反应之后铜盐转化为铜配合物，由水异丙醇相进入环己烷相，便于后续进一步分液，洗涤处理。
23、在一些实施方式中，所述钴配合物通过将可溶性钴盐和第二配体在第一溶剂的存在下进行第二配位反应得到。
24、在一些实施方式中，所述可溶性钴盐与所述第二配体的摩尔比为1：(1-10)，例如为1:1、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述可溶性钴盐与所述第二配体的摩尔比为1：(2-5)。
25、在一些实施方式中，所述可溶性钴盐的摩尔量与所述第一溶剂的体积的比例为1mmol：(10-50)ml，例如为1mmol：10ml、1mmol：20ml、1mmol：30ml、1mmol：40ml、1mmol：50ml或它们之间的任意值。在一些优选实施方式中，所述可溶性钴盐的摩尔量与所述第一溶剂的体积的比例为1mmol：(10-20)ml。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电催化材料，其包括氢氧化钴纳米片以及负载于所述氢氧化钴纳米片上的纳米铜颗粒。
2.根据权利要求1所述的金属纳米材料，其特征在于，所述氢氧化钴纳米片的厚度为0.3nm-3nm，优选为0.3nm-0.8nm；和/或
3.一种电催化材料的制备方法，其包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂的摩尔含量与所述铜配合物和钴配合物的摩尔含量之和的比例为1:(1-15)，优选为1:(2-10)；和/或
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铜配合物由铜离子与第一配体通过配位键结合而成；和/或
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铜配合物通过将可溶性铜盐和第一配体在第一溶剂的存在下进行第一配位反应得到；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钴配合物通过将可溶性钴盐和第二配体在第一溶剂的存在下进行第二配位反应得到；
8.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂选自亚磷酸钠、抗坏血酸或硼氢化钠中的至少一种。>
9.根据权利要求3-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应在含有乙醇和/或正己烷的第二溶剂中进行，
10.一种电化学还原硝酸盐的方法，其包括在电极材料存在下，将硝酸盐电催化还原为氨气，所述电极材料包括权利要求1或2所述的电催化材料或权利要求3-9中任一项所述的制备方法制备的电催化材料；
...【技术特征摘要】
1.一种电催化材料，其包括氢氧化钴纳米片以及负载于所述氢氧化钴纳米片上的纳米铜颗粒。
2.根据权利要求1所述的金属纳米材料，其特征在于，所述氢氧化钴纳米片的厚度为0.3nm-3nm，优选为0.3nm-0.8nm；和/或
3.一种电催化材料的制备方法，其包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂的摩尔含量与所述铜配合物和钴配合物的摩尔含量之和的比例为1:(1-15)，优选为1:(2-10)；和/或
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铜配合物由铜离子与第一配体通过配位键结合而成；和/或
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铜配合物...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘达标，汪宝堆，顾冬生，陈淮，孙文学，乔磊，郝天致，孟跟平，银玉辉，
申请(专利权)人：淮安中顺环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。