[發明專利]一種具有中空結構的鐵摻雜二硒化鉬納米材料及其制備方法與電催化氮還原應用

在審

• 申請號: 202011572917.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112663076A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 丁良鑫;滕浩;郭浩;羅荻
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25B1/27
• 分類號: C25B1/27;C25B11/091;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種具有中空結構的鐵摻雜二硒化鉬納米材料及其制備方法與電催化氮還原應用。該方法包括：將硒粉溶解于水合肼中；將鉬鹽和鐵鹽溶解于DMF中，得到金屬鹽溶液；將水合硒前驅體溶液加入金屬鹽溶液中，升溫進行溶劑熱反應，洗滌，干燥，得到該材料。所述鐵摻雜二硒化鉬材料為中空的、具有多孔結構的材料。將鐵摻雜二硒化鉬在乙醇中分散后滴涂在碳布上制備成電極，本發明提供的鐵摻雜二硒化鉬材料就可以應用于常溫常壓下電催化氮還原反應。該催化劑具有制備方法簡單、比表面積大、催化活性高、穩定性優異等優點。

技術領域

本發明屬于電催化氮氣還原催化劑領域，具體涉及一種具有中空結構的鐵摻雜二硒化鉬納米材料及其制備方法與電催化氮還原應用。

背景技術

氨是重要的化工原料，在現代工業和農業中發揮著重要作用。同時由于其具有很高的氫密度和易液化的特性也被認為是潛在的氫載體。傳統的哈伯法合成氨需要消耗大量的能量，約占全球總能耗的2％左右，同時高溫高壓環境也需要很高的設備投資。因此開發一種新的合成氨方法具有重大意義。

電催化氮還原(NRR)被認為是一種潛在的替代方法，該方法采用電催化的方法，在常溫常壓下催化溶液中的氫質子攻擊吸附在催化劑表面的氮氣，從而實現氮氣向氨的轉化。受到生物固氮過程的啟發，近些年來大量的研究工作致力開發鉬基催化劑用于電催化氮還原。二硫化鉬等二維材料被廣泛應用于電催化氮還原。二硒化鉬也是典型二維材料中的一種，通過摻雜鐵元素進入二硒化鉬材料中，以此來調控形貌和電子結構，提升其氮還原活性。

目前，二硒化鉬材料多采用氣相沉積法制備(如：ZL2017105378640)，該制備方法必須在高溫條件下，制備出來的催化劑表面缺陷少、氮還原活性不高而電析氫性能優異，難以實現常溫常壓下氮氣向氨的轉化。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種具有中空結構的鐵摻雜二硒化鉬納米材料及其制備方法與電催化氮還原應用。

本發明的目的在于提供一種具有中空結構的鐵摻雜的二硒化鉬納米材料制備方法。該方法利用低溫溶劑熱法，直接一步合成具有中空結構的鐵摻雜的二硒化鉬納米材料，合成工藝簡單，成本低。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明制備的具有中空結構的鐵摻雜的二硒化鉬納米材料，其形貌為納米片組裝的平均尺寸為150-250nm的中空微球狀結構

本發明提供的具有中空結構的鐵摻雜的二硒化鉬納米材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將硒粉溶解于水合肼中，得到水合硒前驅體溶液；將鉬鹽和鐵鹽溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中，得到金屬鹽溶液；

(2)將步驟(1)所述水合硒前驅體溶液加入金屬鹽溶液中，混合均勻，得到混合液；將所述混合液轉移到反應釜中升溫進行溶劑熱反應，將溶劑熱反應的產物洗滌，干燥，得到所述具有中空結構的鐵摻雜的二硒化鉬納米材料。

進一步地，步驟(1)所述鉬鹽為二水合鉬酸鈉；所述鐵鹽為醋酸鐵。

進一步地，步驟(1)所述硒粉與水合肼的摩爾體積比為0.020-0.030：1mmol/mL進一步地，在步驟(1)所述金屬鹽溶液中，鉬鹽的濃度為3.60-4.20umol/mL，鐵鹽的濃度為0.04-0.050umol/mL。

進一步地，步驟(1)所述硒粉、鉬鹽、鐵鹽的物質的量之比為11-28：7-10：1。

進一步地，步驟(2)所述溶劑熱反應的溫度為180-220℃。

進一步地，步驟(2)所述溶劑熱反應的時間為12-18h。

進一步地，步驟(2)所述干燥的方式為真空干燥；所述干燥的溫度為70-80℃，干燥的時間為6-12h。