[發明專利]氮氣生成氨氣的裝置和方法

有效

• 申請號: 202011064677.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112226781B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 鄭建云;蔣三平;王雙印;陳如
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C25B1/27
• 分類號: C25B1/27;C25B9/19;C25B9/50;C25B11/031;C25B11/054
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 林青中

1.一種氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，包括工作電極隔室和對電極隔室；所述工作電極隔室和所述對電極隔室連通且之間設有用于間隔的質子導電陽離子交換膜；所述工作電極隔室設置有第一工作電極和第二工作電極，所述第一工作電極為光電陰極，所述第二工作電極為多孔網絡結構的電極，所述第一工作電極與所述第二工作電極間隔且相對設置，所述工作電極隔室設有進氣口和出氣口，從所述進氣口進入的反應氣體能夠依次經過所述第二工作電極和所述第一工作電極后從所述出氣口排出；所述對電極隔室設置有對電極和參比電極。

2.如權利要求1所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述對電極隔室有兩個，其中一個與所述工作電極隔室的進氣一側連通，另一個與所述工作電極隔室的出氣一側連通。

3.如權利要求1～2任一項所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述第一工作電極包括助催化劑、保護層和半導體吸光器；

其中，所述保護層設置在所述半導體吸光器上，所述助催化劑設置在所述保護層上；所述保護層的厚度為5～20nm，所述助催化劑的厚度為5～10nm。

4.如權利要求3所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述助催化劑選自貴金屬、過渡金屬氧化物和硫化物中的至少一種。

5.如權利要求3所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述保護層選自含梯度缺陷寬帶隙的氧化物、含梯度缺陷寬帶隙的碳化物和含梯度缺陷寬帶隙的氮化物中的一種；其中，所述寬帶隙為2.5eV以上。

6.如權利要求3所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述半導體吸光器為p型半導體材料。

7.如權利要求1～2任一項所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述第二工作電極的材質選自過渡金屬及其合金、氧化物、氮化物、硫化物和碳化物中的一種；所述過渡金屬選自鈷、鎳、鐵、銅和鎢中的一種。

8.如權利要求7所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述第二工作電極孔隙率為60～90％，孔徑大小為0.01～10mm。

9.如權利要求1～2任一項所述的氮氣生成氨氣的裝置，其特征在于，所述第二工作電極為不銹鋼基電極。

10.一種氮氣生成氨氣的方法，其特征在于，使用如權利要求1～9任一項所述的氮氣生成氨氣的裝置，所述方法包括以下步驟：

1)將所述第一工作電極、第二工作電極、對電極和參比電極與電化學工作站連接；在所述工作電極隔室和所述對電極隔室灌入電解液；

2)從所述進氣口注入氮氣；

3)打開電化學工作站電源，氮氣從所述進氣口經過所述第二工作電極被激活形成活性氮物種，對所述第一工作電極給與光照，活性氮物種隨著氮氣氣流到達所述第一工作電極表面還原加氫，獲得氨產物，多余氮氣從所述出氣口排出。

11.如權利要求10所述的氮氣生成氨氣的方法，其特征在于，所述第二工作電極的應用電壓相對于可逆氫電極為-0.1～-0.9V；所述第一工作電極的應用電壓相對于可逆氫電極為0.3～-0.5V。