[發明專利]用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202211615307.3
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115786973A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 楊貴東;楊晨;張斌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/27;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑的制備方法，包括：將Pd(PPh₃)₄與CNT共處理，其中，Pd與P原子配位后通過P?C鍵穩定于共軛結構的CNT表面，得到用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑，該方法制備得到的催化劑能夠有效提高電催化NO₃^?還原制備氨的活性。

技術領域

本發明屬于能源催化技術領域，涉及一種用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑的制備方法。

背景技術

在自然界中，氮循環在維持生命方面起著關鍵的作用。而人工合成氨是世界上最大的工業合成化學品之一。目前，人工合成氨因為其具有高能量密度，易液化便于運輸等優勢，在農業、化工、醫藥、儲能等領域被廣泛應用。目前工業上幾乎所有的氨都是通過Haber-Bosch工藝合成的，而該工藝需要高溫高壓的反應條件，有著耗能高、溫室氣體排放量大等問題。N≡N鍵能(941kJ/mol)很高，很難斷裂，等離子體輔助活化氮氣產生硝酸根是一個和好的途徑。在這種情況下，將硝酸根直接還原為氨可以補充氨生產而不耗盡化石燃料，實際上，較低的鍵解離能n＝O(204kJ/mol)使NO₃^-是合成氨的理想氮源。

電化學方法操作簡單、效率高，可以直接將水溶液NO₃^-還原為NH₃。這些過程比Haber-Bosch工藝需要更少的能量，并且可以通過在NO₃^-和NH₃之間構建新的氮循環來解決環境問題。然而，NO₃^-還原反應中通常會產生許多副產物，例如NO₂^-、N₂、N₂O等，致使如何提高NO₃^-還原產氨的選擇性是一個重要問題，其最根本的原因在于電催化NO₃^-還原制備氨的活性較低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑的制備方法，該方法制備得到的催化劑能夠有效提高電催化NO₃^-還原制備氨的活性。

為達到上述目的，本發明所述的用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑的制備方法包括：將Pd(PPh₃)₄與CNT共處理，其中，Pd與P原子配位后通過P-C鍵穩定于共軛結構的CNT表面，得到用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑。

具體包括以下步驟：

將碳納米管CNT分散于CH₂Cl₂中，加入Pd(PPh₃)₄，控制Pd金屬的負載量在0.5-5wt％，再超聲處理使其充分混合，然后攪拌使CH₂Cl₂完全揮發，研磨后進行熱處理，得到用于高效電催化還原合成氨Pd單原子催化劑。

碳納米管CNT及Pd(PPh₃)₄的比例為(0.1-0.5)g：(0.01-0.05)g。

碳納米管CNT與CH₂Cl₂的比例為(0.1-0.5)g：(20-100)ml。

超聲處理的時間為10-60min。

所述攪拌使CH₂Cl₂完全揮發的具體過程為：

在磁力攪拌下，攪拌為5-12h，轉速控制在300-500rpm，攪拌至CH₂Cl₂完全揮發。