【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂领域，具体涉及一种b掺杂的fes2纳米片及其制备方法，还涉及所述b掺杂的fes2纳米片作为电催化剂的用途。
技术介绍
1、由于化石能源大量使用造成的能源危机以及碳排放造成的环境污染等问题日益加剧，开发绿色清洁能源代替传统的化石能源是人类面临的巨大挑战，而将大气中丰富的氮固定转化为氨是划时代的化学合成技术，对工业、农业生产和能源储存转换具有重要意义。
2、目前工业上主要采用的合成氨技术为“haber-bosch法”合成氨工艺，其反应在高温(400～600℃)、高压(15～25mpa)等严苛的条件下进行，具有高能耗、高碳排放的缺点。在当前日益严峻的化石能源危机以及全球变暖等环境变化给人类带来严峻挑战的背景下，为了降低碳排放、解决现有工业合成氨能耗高的难题，开发绿色技术代替haber-bosch法至关重要。
3、电催化还原氮合成氨技术被认为是一种高效清洁制备“绿氨”的新型技术，其可在常温常压的温和反应条件下将氮气还原制氨，但相较于haber-bosch法，其氨的产率较低，从而限制了大规模工业化应用。
4、用于电催化还原氮合成氨的催化剂主要包括贵金属类(如pt)、过渡金属类(如fe)等催化材料，近年来还有fes2固氮电催化剂被报道。由于氮气具有较高的键能而难以被活化导致现有的催化剂具有较低的固氮性能。近年来，研究人员通过掺杂过渡金属、构建异质结、表面结构重整、缺陷工程和杂化等手段来提高催化材料的电催化固氮活性。中国专利cn113201758a公开了一种用于电催化固氮的fes2@go
5、惰性的n2分子没有偶极矩且具有非常高的稳定性(n≡n的键能为941.69kj/mol)，难以在催化剂表面吸附和活化，因此，良好的电催化剂应当能够增强n2的吸附和电子与n2分子之间的相互作用，并降低氮还原反应的能垒。此外，氮还原反应所需的过电位大于析氢反应所需的过电位，故两者会进行竞争，导致产物nh3的选择性较低，因此，良好的电催化剂还应当能够提高nh3的选择性和法拉第效率。所以，如何提高n2的吸附与活化以及如何提高产物nh3的选择性，是制约电催化氮还原合成氨技术发展的关键性问题。
技术实现思路
1、为弥补现有技术中存在的不足，本专利技术的一个目的是提供一种b掺杂的fes2纳米片，其具有优异的催化性能和稳定性。
2、本专利技术的另一个目的是提供所述b掺杂的fes2纳米片的制备方法。
3、本专利技术的还一个目的是提供所述b掺杂的fes2纳米片的用途。
4、本专利技术的第一个方面提供了一种b掺杂的fes2纳米片，按质量百分比计，所述b掺杂的fes2纳米片中包含不超过1％的b元素。
5、本专利技术提供的掺杂fes2纳米片使用非金属元素b原位替代fes2中的部分s的位置，由此得到b元素均匀掺杂的fes2纳米片，与未掺杂的fes2纳米片相比，b掺杂之后能够调节催化剂的电子结构，暴露出更多的fe活性位点，而且，b的电负性低于s，fe具有更富足的电子参与反应物活化和反应。
6、本专利技术提供的b掺杂的fes2纳米片用于电催化还原氮制氨的工艺时，能够有效提高电催化剂对n2分子的吸附和活化能力，同时还能够降低合成氨过程中的反应能垒，对产物nh3更容易脱附，并提高nh3的选择性与法拉第效率，因此极大改善了催化剂的反应活性。此外，本专利技术提供的b掺杂的fes2纳米片还具有优异的稳定性，长期使用仍能够保持较高的活性。
7、本专利技术提供的b掺杂的fes2纳米片中，按质量百分比计，b元素的掺杂量可以为约0.01％、约0.02％、0.05％、约0.08％、约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％、约0.8％、约0.9％、约1.0％或可以为任意组合的质量百分比区间。在一些优选的实施方式中，所述b掺杂的fes2纳米片中包含有0.3～0.8％的b元素。
8、本专利技术的第二个方面提供了上述技术方案任一项所述的b掺杂的fes2纳米片的制备方法，包括以下步骤：
9、s1：将氧化铁纳米片与硫粉、硼酸混合并研磨；以及
10、s2：将步骤s1得到的研磨物料在300～600℃(例如可以为约300℃、约350℃、约400℃、约450℃、约500℃、约550℃、约600℃或可以为任意组合的温度区间)下煅烧即得所述b掺杂的fes2纳米片。
11、本专利技术提供的制备方法为原位掺杂法，相较于其他掺杂方法，原位掺杂法能够实现均匀掺杂，使b元素原位取代部分s的位置，得到b元素均匀掺杂的纳米材料，由此能够显著改善原有的电子结构，使大量的反应活性位点fe暴露在材料表面，改善催化剂的反应活性和稳定性。
12、在一些优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述氧化铁纳米片、所述硫粉与所述硼酸的质量比可以为1:1.5～4:2～6.5。在一些更优选的实施方式中，所述氧化铁纳米片、所述硫粉与所述硼酸的质量比可以为1:1.8～2.5:4～6。在一些进一步优选的实施方式中，所述氧化铁纳米片、所述硫粉与所述硼酸的质量比可以为1:2:4～6。
13、在一些优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述研磨的时间可以为5～30min。在一些更优选的实施方式中，所述研磨的时间可以为10～20min。
14、在一些优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述煅烧的时间可以为1～5h。在一些更优选的实施方式中，所述煅烧的时间可以为1～3h。
15、在一些优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述煅烧可以在0.8mpa以上的真空度下进行。
16、在一些优选的实施方式中，所述步骤s2还包括：所述煅烧结束后，将得到的煅烧物料使用60～100℃的热水洗涤2～5次，使用乙醇洗涤1～3次，然后在50～70℃下干燥10～30h。
17、在一些优选的实施方式中，所述氧化铁纳米片可以通过以下步骤制备：
18、t1：将含fe2+的可溶性盐与醋酸盐溶于水中，在30～60℃下超声并搅拌1～6h，分离出固体物，干燥后得到前驱体feooh纳米片；以及
19、t2：将所述feooh纳米片在200～400℃下煅烧1～5h即得所述氧化铁纳米片。
20、在一些优选的实施方式中，所述含fe2+的可溶性盐可以为硫酸亚铁和/或氯化亚铁。
21、在一些优选的实施方式中，所述醋酸盐可以为醋酸钠和/或醋酸钾。
22、在一些优选的实施方式中，所述含fe2+的可溶性盐与所述醋酸盐的质量比可以为2～10:1，例如可以为约2:1、约3:1、约4:1、约5:1、约6:1、约7:1、约8:1、约9:1、约10:1或可以为任意组合的质量比区间。
23、在一些更优选的实施方式中，所述含fe2+的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种B掺杂的FeS2纳米片，其特征在于，按质量百分比计，所述B掺杂的FeS2纳米片中包含不超过1％的B元素。
2.根据权利要求1所述的B掺杂的FeS2纳米片，其特征在于，按质量百分比计，所述B掺杂的FeS2纳米片中包含0.3～0.8％的B元素。
3.权利要求1或2所述的B掺杂的FeS2纳米片的制备方法，其特征在于，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，所述步骤S1中，所述氧化铁纳米片、所述硫粉与所述硼酸的质量比为1:1.5～4:2～6.5，优选为1:1.8～2.5:4～6。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述研磨的时间为5～30min。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述煅烧的时间为1～5h；和/或
7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：所述煅烧结束后，将得到的煅烧物料使用60～100℃的热水洗涤2～5次，使用乙醇洗涤1～3次，然后在50～70℃下干燥10～30h。<...
【技术特征摘要】
1.一种b掺杂的fes2纳米片，其特征在于，按质量百分比计，所述b掺杂的fes2纳米片中包含不超过1％的b元素。
2.根据权利要求1所述的b掺杂的fes2纳米片，其特征在于，按质量百分比计，所述b掺杂的fes2纳米片中包含0.3～0.8％的b元素。
3.权利要求1或2所述的b掺杂的fes2纳米片的制备方法，其特征在于，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，所述步骤s1中，所述氧化铁纳米片、所述硫粉与所述硼酸的质量比为1:1.5～4:2～6.5，优选为1:1.8～2.5:4～6。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述研磨的时间为5～30min。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄起中，杨贵东，姜兴剑，肖航，李春雷，滕文凯，严孝清，马雷，
申请(专利权)人：中国神华煤制油化工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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