[發明專利]一種氨氧化多界面電催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310049042.3
• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN115961307A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 吳孔林;姚凱;魏先文;葉明富;童欣玥;閆偉杰;王天然;王亞武
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/02;C02F1/72;H01M4/92;C02F101/16
• 代理公司: 合肥市科深知識產權代理事務所(普通合伙) 34235
• 代理人: 張寧波

本發明公開了一種氨氧化多界面電催化劑及其制備方法和應用，屬于電催化材料技術領域，制備方法包括如下步驟：銠片合成：以苯甲醇為溶劑，加入乙酰丙酮銠引入銠源，PVP作為表面活性劑，甲醛同時作為還原劑和配位劑，在高溫下的烘箱中反應一段時間，反應結束后的產物溶液加入丙酮沉降；金屬負載：等摩爾的銠片和乙酰丙酮鹽分散在苯甲醇溶液中，混合均勻后移至反應釜中，在高溫下的烘箱中反應一段時間即可得到最終產物。本發明制備了一種具有片狀結構的銠片催化劑，其獨特的超薄片狀結構利于其他金屬在其表面進行負載。銠片負載鉑鎳金屬催化劑具有片狀花的形貌，實現了電極的催化活性和穩定性的顯著提高。

技術領域

本發明屬于電催化材料技術領域，特別涉及一種氨氧化多界面電催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

石油衍生燃料通常具有可擴展性、高能量密度和容易運輸等優點，但它們在能源利用過程中會排放大量的有害氣體，進而引發一系列的環境問題。氫能是一種很有前途的可持續發展能源，由于它作為燃料被消耗時生成水并且獲得來源十分廣泛，因此成為燃料電池理想的能源載體。然而，氫氣生產、儲存和運輸相關的巨大挑戰仍然阻礙其在能源市場上被廣泛使用。因此，探尋具有儲存容量高、運輸安全隱患小、操作技術難度低的新型儲氫方法以實現氫能的高效利用變得至關重要。隨著可再生能源制氨技術的快速發展，氨作為一種無碳、含氫量高的燃料，被認為是傳統化石燃料最有前景的替代燃料。除了作為儲氫應用的載體，氨可以用于直接氨燃料電池，在陽極進行電化學氧化。然而，氨氧化反應是一個復雜而緩慢的動力學過程。在氨氧化反應過程中，強吸附反應中間體(如*N和*NO)通常產生毒化作用而迅速使催化劑失活。因此，提高氨氧化反應催化劑的活性和抗中毒性仍然是一個重要的挑戰。

目前對氨氧化機理的研究及電催化性能的優化大多都是基于Pt催化來開展的。根據文獻報道，在使用Pt電極時，氨氧化反應幾乎只在Pt(100)晶面發生，而Pt(110)、(111)晶面很少有活性，從側面佐證了氨氧化反應是對結構十分敏感的反應。研究員們在G-M機理的支持下研究了Pt(100)晶面上氨的氧化機理，認為通過N-N鍵的耦合形成N₂分子是不太可能的，因為這在化學反應的能量變化上是不利的。N-N鍵的耦合會被具有強吸附能力的*N和*NO所抑制，而這些產物是由*NH進一步氧化形成。因此，為提高Pt基催化劑的活性和穩定性，應加速二氮的耦合而抑制*NH的進一步氧化，使催化反應向著有利于生成N₂的方向進行。

雖然Pt合金催化劑表現出良好的活性，但昂貴的成本和*N對鉑電極的毒化失活是其廣泛應用的主要障礙。在提高氨氧化活性的催化劑中努力減少Pt的用量是十分可取的，因此進一步合金化其他地球上豐富的非貴金屬(如鐵、鈷、鎳、銅、鋅等)是很有必要的。其中，Ni是氨氧化中研究最廣泛的催化劑之一。純Ni電極對氨氧化沒有活性。有研究人員發現Ni的引入可降低Pt合金的起始電位，增加氨氧化的反應速率。這是因為Ni的引入提高了表面位點中d軌道上態密度的中心能，降低了反應中間體*NH₂脫氫為*NH的理論起始電位。因此，開發高效、穩定、低成本的多元Pt基合金催化劑在降低氨氧化反應起始電位、提高電流密度等方面具有重要意義。

發明內容

為了解決背景技術中提及的技術問題，本發明提供了一種氨氧化多界面電催化劑及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種氨氧化多界面電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)銠片合成：以苯甲醇為溶劑，加入乙酰丙酮銠引入銠源，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作為表面活性劑，甲醛同時作為還原劑和配位劑，在高溫下的烘箱中反應一段時間，反應結束后的產物溶液加入丙酮沉降。

(2)金屬負載：等摩爾的銠片和乙酰丙酮鹽分散在苯甲醇溶液中，混合均勻后移至反應釜中，在高溫下的烘箱中反應一段時間即可得到最終產物。