[發(fā)明專利]一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911043284.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN110801845A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王自強(qiáng);牛金花;劉化章;王亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;B01J35/10;C25B1/00;C25B11/06
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑，由如下方法制備：(1)分別配濃度在1～40mM之間的氯化銅和氯金酸N,N?二甲基甲酰胺溶液；(2)分別取總體積為4mL的氯化銅、氯金酸N,N?二甲基甲酰胺溶液混合，然后在室溫劇烈攪拌條件下加入20mL的1～40mM新鮮的硼氫化鈉N,N?二甲基甲酰胺溶液；(3)反應(yīng)1～60min后，洗滌、離心、干燥，得到所述金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑。以及提供一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑的制備方法。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)條件溫和，制得的材料具有優(yōu)異的電化學(xué)氮還原合成氨性能。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑及其制備方法，該催化劑可用于電化學(xué)催化氮還原反應(yīng)的研究。

(二)背景技術(shù)

氨是世界上生產(chǎn)的第二大化工產(chǎn)品(僅次于硫酸，全球每年超過2億噸，市值超過600億美元)。其中，大約80％的氨用于化肥(如尿素、硝酸銨、磷酸銨等)的生產(chǎn)，以及用于其它重要的化學(xué)中間產(chǎn)品，因此合成氨技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展具有重要的作用。目前工業(yè)上合成氨主要依靠傳統(tǒng)的Haber-Bosch法，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵希诟邷馗呦麓呋瘎┳饔孟罗D(zhuǎn)化成氨的過程。雖然該工藝生產(chǎn)氨比較成熟，但是目前合成氨過程會(huì)消耗巨大的化石能源，并且排放大量的CO₂，不利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，我們迫切需要開發(fā)一種簡(jiǎn)便、環(huán)保、可持續(xù)的合成氨技術(shù)來解決上述這些難題。

近年來，電化學(xué)合成氨因其不使用化石燃料和常溫常壓合成的特點(diǎn)而引起了廣泛的關(guān)注。電化學(xué)合成氨是以氮?dú)夂退鳛橹苯釉希每沙掷m(xù)的電能來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行，從而形成氨的過程。然而，氮還原反應(yīng)和析氫反應(yīng)是兩種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，而且在常規(guī)催化劑中更容易發(fā)生析氫反應(yīng)，從而導(dǎo)致較低的產(chǎn)氨速率和法拉第效率。因此開發(fā)高效的氮還原催化劑是電化學(xué)合成氨的一個(gè)關(guān)鍵因素。研究證明某些貴金屬(如Au，Pd，Ru等)對(duì)氮?dú)饩哂休^好的催化作用，可以有效的合成氨，但是其產(chǎn)氨速率和法拉第效率離工業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。金對(duì)氫物種不敏感，不容易在其表面進(jìn)行析氫反應(yīng)，因此被認(rèn)為是一種有前景的氮還原催化劑。通常，催化劑的形貌和組成與合成氨的性能息息相關(guān)。多孔金屬催化劑具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)以及相互連接的骨架結(jié)構(gòu)，能夠提供大的比表面積、便利的傳質(zhì)和擴(kuò)散通道和足夠的活性位點(diǎn)，被認(rèn)為是有前景的合成氨催化劑。另一方面，調(diào)節(jié)催化劑的組分是優(yōu)化催化性能的另一種有效方法。合金催化劑可以改變兩種金屬的電子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生電子效應(yīng)和配位效應(yīng)，從而改變催化劑對(duì)反應(yīng)物種吸附和活化。另外，雜原子的摻雜也可以改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)并提高電催化合成氨的性能。例如王雙印等報(bào)道了B-N摻雜的碳納米片能極高的提高電催化合成氨的性能(Chen,C.；Yan,D.F.；Wang,Y.；Zhou,Y.Y.；Zou,Y.Q.；Li,Y.F.；Wang,S.Y.B-N Pairs Enriched Defective Carbon Nanosheets for Ammonia Synthesiswith High Effciency.Small.2019,1805029)。由此可見，將非金屬硼元素?fù)诫s到金屬基材料中將是一種合成高效催化劑非常有前景的方法。

多孔合成材料的合成方法通常包括置換反應(yīng)、脫合金法和模板法，這些方法比較復(fù)雜并且耗時(shí)，同時(shí)將硼元素?fù)诫s到金屬材料中報(bào)道的也比較少，因此開發(fā)一種簡(jiǎn)易的硼摻雜多孔合金催化劑對(duì)電化學(xué)合成氨具有重要意義。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑及其制備方法，以及對(duì)催化電化學(xué)氮還原反應(yīng)進(jìn)行研究。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種金銅硼多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電催化劑，由如下方法制備：

(1)分別配濃度在1～40mM之間的氯化銅和氯金酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液；

(2)分別取總體積為4mL的氯化銅和氯金酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液溶液混合，然后在室溫劇烈攪拌條件下加入20mL濃度為1～40mM新鮮制備的硼氫化鈉N,N-二甲基甲酰胺溶液；