[發明專利]低溫常壓高效電催化還原氮氣合成氨的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410111975.1
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103866343B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 蔣海明;司萬童;李俠;張金山
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的方法，特征在于：構建一個包括陽極室和陰極室的電催化電解池，陽極室和陰極室用質子交換膜Nafion?117分隔，陽極室中放置陽極電極，陰極室中放置陰極電極，陽極電極和陰極電極通過導線分別與穩壓電源的高電位端和低電位端相連；陽極催化劑為Pt；陰極催化劑為鄰苯二硫酚橋聯雙核鐵配合物；水飽和的H₂在陽極電極表面被Pt催化劑催化產生H⁺和電子，產生的H⁺和電子分別通過質子交換膜和外電路遷移到陰極電極表面，并與陰極室提供的N₂在陰極電極表面被鄰苯二硫酚橋聯雙核鐵配合物催化劑催化生成NH₃。

2.根據權利要求1所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的方法，其特征在于：電催化電解池的陽極室和陰極室的腔室為蛇形結構，增加了反應物與催化劑接觸的概率，從而提高了陰、陽極的電極反應效率。

3.根據權利要求1所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的方法，其特征在于：所述方法以固氮酶模型化合物鄰苯二硫酚橋聯多核鐵配合物為陰極催化劑。

4.根據權利要求1所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的方法，其特征在于：所述方法在最佳條件下合成氨速率達2.18×10^-8?mol·cm^-2·s^-1。

5.一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，特征在于：所述裝置包括：導氣管，陽極銅集流板，陽極電極，質子交換膜，導線，穩壓電源，導線，陰極電極，及陰極銅集流板；

陽極銅集流板內開有導流槽，作為電催化電解池的陽極室，上、下導氣管分別與導流槽連通；

陰極銅集流板內開有導流槽，作為電催化電解池的陰極室，上、下導氣管分別與導流槽連通；

通過螺絲將陽極銅集流板、陽極電極、質子交換膜、陰極電極及陰極銅集流板固定在一起，陽極室和陰極室用質子交換膜Nafion?117分隔；

陽極電極經導線與穩壓電源的高電位相連；陰極電極經導線與穩壓電源的低電位相連；穩壓電源的直流輸出電壓為-3.0V~3.0V；

陽極電極為涂布Pt催化劑的碳布；

陰極電極為涂布鄰苯二硫酚橋聯雙核鐵配合物催化劑的碳布。

6.根據權利要求5所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，其特征在于：電催化電解池的陽極室和陰極室的腔室為蛇形結構，增加了反應物與催化劑接觸的概率，從而提高了陰、陽極的電極反應效率。

7.根據權利要求5所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，其特征在于：所述裝置以固氮酶模型化合物鄰苯二硫酚橋聯多核鐵配合物為陰極催化劑。

8.根據權利要求5所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，其特征在于：所述陽極室連續通入水飽和的純H₂，所述陰極室連續通入純N₂；所述H₂和H₂純度均為99.99%，其流速均為30?mL/min。

9.根據權利要求5所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，其特征在于：所述陽極電極涂布的Pt催化劑為相對碳布面積0.5?mg/cm²，所述陰極電極涂布的鄰苯二硫酚橋聯雙核鐵配合物為相對碳布面積催化劑0.5?mg/cm²。

10.根據權利要求5所述的一種低溫常壓電催化還原氮氣合成氨的裝置，其特征在于：所述穩壓電源的直流輸出電壓為2?V。