[發(fā)明專利]一種Fe—N—C/MoO2

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111112612.6
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113862700A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高鵬;鄧蘋
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號: C25B1/27
• 分類號: C25B1/27;C25B11/03;C25B11/091
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 何俊

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，針對貴金屬摻雜改性電催化劑成本高的問題，提供一種Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑及其制備方法，催化劑呈球狀且具有多孔結(jié)構(gòu)。制備方法，包括以下步驟：(a)將鉬鹽和配體分散于水中，再加入亞鐵鹽及溶劑，混合均勻，將混合物轉(zhuǎn)移至密閉容器中加熱反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物分離、洗滌、烘干，得前驅(qū)體；(b)前驅(qū)體在惰性氣體保護下煅燒，冷卻后即得催化劑。本發(fā)明反應(yīng)條件溫和、制得的反應(yīng)純度好，適合大規(guī)模制造；制得的催化劑呈多孔球狀，且具有較高的電催化活性。提供一種Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑的制備方法。本發(fā)明還提供所述催化劑在電催化還原固氮產(chǎn)氨中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，尤其是涉及一種Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，環(huán)境污染和能源短缺問題變得日益嚴(yán)重，人們集中精力研究開發(fā)各種新型能源技術(shù)和設(shè)備。電催化技術(shù)由于具有環(huán)境友好、化學(xué)能高等優(yōu)點，被廣泛認(rèn)為是解決環(huán)境污染和能源危機的重要途徑。隨著工業(yè)化發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，這迫使人們不斷尋找清潔及可持續(xù)能源來改善環(huán)境和能源問題。氨是工業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)必要的原料之一。另一方面隨著工業(yè)快速發(fā)展，大量的硝酸鹽流入環(huán)境，污染地下水，威脅人們的健康，破壞自然氮循環(huán)，將硝酸鹽電催化合成氨是目前具有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用前景的一種重要途徑之一，能為解決能源和環(huán)境兩大問題提供良好方案。它能夠極大地實現(xiàn)電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)變，同時電能可由風(fēng)能，太陽能及抄襲能等多種渠道轉(zhuǎn)化而來，其也具有環(huán)境友好及穩(wěn)定性高等特點。Fe是目前被廣泛關(guān)注且有前途的制作電催化劑的元素之一。由于其具有電催化性能高、氧化效率高、無毒、成本低易得、綠色環(huán)保等優(yōu)點，使得其在光電轉(zhuǎn)換、分解水制氫產(chǎn)氧、降解污染物等方面得到廣泛應(yīng)用。

但是，傳統(tǒng)的金屬電催化劑由于其在反應(yīng)過程中副反應(yīng)明顯。且在電解質(zhì)中穩(wěn)定性不高，傳輸電子速率不高，吸附性能不突出等缺點，其對電能的利用效率極低，這阻礙了其在電催化技術(shù)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用；另外，其容易伴隨嚴(yán)重的析氫副反應(yīng)及其在反應(yīng)過程中極易被腐蝕，從而降低了其催化效率，這成為了其作為電催化劑的很主要的一個缺點。因此，針對上述存在的這些問題，人們想出一系列的策略方法，對上述電催化劑做了改性處理，如專利CN112058308B公開了有機-無機復(fù)合甲醛催化組合物及制備方法、空氣凈化濾芯，其重量份組成為：改性催化劑10-50份，改性膨潤土30-50份，高分子有機聚合物40-100份。該發(fā)明通過稀土元素改性載體搭載貴金屬摻雜的復(fù)合電催化劑，稀土金屬固態(tài)離子在催化劑表面形成微環(huán)境不僅可有效避免反應(yīng)過程中水氣對催化活性的抑制，還可強化兩種電催化劑與Pt之間的協(xié)同效應(yīng)，從而在室溫下將甲醛完全催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，顯著降低貴金屬的添加量，而不降低其室溫內(nèi)催化氧化甲醛的性能。但是貴金屬的使用還是提升了成本。除了貴金屬負(fù)載改性，還有金屬氧化物摻雜改性、半導(dǎo)體復(fù)合改性、離子摻雜改性等，在這些策略方法中，電催化劑能夠與其產(chǎn)生協(xié)同作用，很好地增強電催化活性，然而，不可控的含量和破壞性的共軛體系等缺點限制了它們的應(yīng)用。因此，需要尋找合適的電催化劑來提高其電催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服貴金屬摻雜改性電催化劑成本高的問題，提供一種Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑及其制備方法，反應(yīng)條件溫和、制得的反應(yīng)純度好，適合大規(guī)模制造；制得的催化劑呈多孔球狀，且具有較高的電催化活性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑，呈球狀，且具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布為5-7nm，優(yōu)選為6nm。多孔結(jié)構(gòu)增加了接觸面積，且催化劑活性中心密度高，催化效率高。

一種上述Fe—N—C/MoO₂納米復(fù)合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(a)前驅(qū)體的制備：將鉬鹽和配體分散于水中，再加入亞鐵鹽及溶劑，混合均勻，將混合物轉(zhuǎn)移至密閉容器中加熱反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物分離、洗滌、烘干，得前驅(qū)體；