[發明專利]一種高效電催化氮氣為氨的二維無定型MoOx

有效

• 申請號: 201910258729.1
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110015693B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王志江;戴丁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J23/28
• 分類號: B01J23/28;C01G39/02;C25B1/27;C25B11/077;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種高效電催化氮氣為氨的二維無定型MoO_x材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將含鉬離子的無機鹽與有機酸溶于去離子水中，形成均勻的溶液；邊攪拌邊將有機醇溶劑加入到所述溶液中，用弱堿調節pH值至中性，得到的均相懸浮液用油浴加熱，得到凝膠前驅體；S2：將凝膠前驅體放入坩堝中轉移到管式爐，在氣體氛圍下灼燒；S3：冷卻到室溫后，從管式爐中收集灼燒后的二維無定型MoO_x材料。本發明利用快速“吹膠”技術制備二維無定型MoO_x材料，這種材料制備簡便，成本低，同時具有大的比表面積，增大了反應的活性位點，電子傳輸效率高，因此可以大大提高電催化合成氨反應的效率。

技術領域

本發明屬于新材料域技術領域，涉及一種可實現室溫常壓下還原大氣中的氮氣為氨（NH₃）的二維無定型MoO_x的綠色制備方法。

背景技術

N₂在地球大氣層中的儲量很豐富，空氣中78%的成分是氮氣，但是大多數動植物不能直接利用這些游離態的氮氣，只有將氮氣還原轉化成NH₃才能被利用。氨作為重要的化學品，在全球工業中占有重要地位，每年工業上生產約1.5億噸氨，消耗大約2%全部能源儲量。一百多年來，NH₃生產使用的是Haber-Bosch過程，這種方法合成的氨年產量約為10⁸噸/年，約占地球全年消耗氨量的20~25%。這個過程需要把氮氣和氫氣分子加熱到大約400℃，加壓到大約150~350 atm，同時需要鐵基催化劑促進氨氣生成。

N₂ + 3H₂→2NH₃

雖然這個反應是一個放熱反應，但需要較高的溫度來使反應動力學加快。然而，這使得平衡朝向反應物方向轉移，降低了轉化率，只能通過加大壓力來緩解，整個過程氨的轉化率僅為10~15%。這個過程需要消耗大量的氫氣和能量，這些都來自于化石燃料的燃燒，無疑增加了碳排放量，加重了資源和環境負擔。因此制定綠色環保可持續的NH₃生產戰略是具有重要意義的。用電化學方法催化氮氣還原成氨是被認為環境友好的氨生產過程，是能源化工領域很有前景的選擇途徑之一。

電化學合成氨方法可在常溫常壓下以氮氣和水為原料，通過外加電壓使氮氣還原為氨。此方法設備簡單，原料易得，耗能小，污染少，因此受到廣泛關注。但是目前電化學方法合成氨還未能投入工業使用，主要在于其轉化率還需要提高，尋求高效穩定的催化劑是這項技術發展的重點之一。

二維納米材料是近來的研究熱點，因其具有獨特的電子傳輸特性、比表面積大、可快速傳輸離子等優點，這都為包括催化、儲能、傳感和電子器件如場效應晶體管和邏輯電路在內的各種領域提供了基礎和技術研究的機會。

發明內容

本發明為了解決高效合成氨催化劑匱乏的現狀，提供了一種高效電催化氮氣為氨的二維無定型MoO_x材料的制備方法。本發明利用快速“吹膠”技術制備二維無定型MoO_x材料，這種材料制備簡便，成本低，同時具有大的比表面積，增大了反應的活性位點，電子傳輸效率高，因此可以大大提高電催化合成氨反應的效率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高效電催化氮氣為氨的二維無定型MoO_x材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將含鉬離子的無機鹽與有機酸溶于去離子水中，形成均勻的溶液；邊攪拌邊將有機醇溶劑加入到所述溶液中，用弱堿調節pH值至中性，得到的均相懸浮液用油浴在50~120℃下加熱1~6h，得到凝膠前驅體。