[发明专利]一种电催化氮气还原催化剂MoS2

说明书

随着现代工业的发展，人们对能源的需求越来越高，合成氨技术越来越成为工业发展的命门，氮肥料的迫切需求以及哈伯‑博施法的反应条件过于苛刻、转化率低使氨的制备成为当今世界发展必须解决的重大难题。由于重金属催化剂价格昂贵，资源稀缺，因此，生产非贵金属的催化剂用于电催化分解N₂饱和的电解液实现氮还原制氨的研究备受关注，近几年在能源领域一直是最大热门。本发明提供了一种在碳布上水热合成MoS₂后用电沉积法电沉积上Fe(OH)₃的制备方法及其电催化氮还原应用。

技术领域

本发明涉及无机纳米粉体的制备及应用领域，具体涉及一种基于水热法制备MoS₂/CC后在其表面电沉积上Fe(OH)₃的方法及其在电催化氮还原领域的应用。

背景技术

氨作为一种高效的能量载体（重量氢密度为17.8 %）并且因无CO₂排放成为便于运输的能源。随着人口数量的不断增长，当今世界对肥料以及能源的需求与日俱增，而哈伯-博施法作为目前工业化的制氨主要手段每年有超过500吨氨被制备。然而哈伯-博施法制氨过程中存在着消耗能量高、规模巨大、反应条件剧烈（200个大气压、400 ^oC、需要铁基催化剂）并且每年有3亿吨CO₂排放入大气中其带来的温室效应等诸多问题，又由于贵金属资源稀缺且价格昂贵。因此，生产出能在温和条件下将氮气固定还原为氨的非贵金属催化剂成为当今研究的焦点。

近期，由于电催化还原氮气制备氨条件温和（常温、常压）、反应安全易控等优势条件在众多制氨方法中脱颖而出。但目前电催化制氨过程由于产量较低使其工业化生产面临着巨大挑战。因此探索合成合适的电催化剂来提升电催化制氨的速率以及产率迫在眉睫。大量文献报道，过渡金属由于具有含量丰富、廉价、无毒、易控等优点有望成为电催化氮还原制氨的理想催化剂。然而，析氢反应（HER）在催化剂催化过程中占据主导地位，抑制了氮还原的提升，因此通过各种调控手段减小析氢反应低的竞争成为电催化氮还原研究的重要一环。双金属化合物，由于其两金属之间性质差异以及联合作用可以有效提升电催化氮还原的性质并有效减小其竞争反应干扰。

纳米材料由于独特的尺寸赋予了材料许多新颖的性能，应用于电催化领域表现出优异的活性。过渡金属化合物应用于电催化氮还原已经取得了一定突破，考虑到Fe原子具有电催化氮还原的高活性，Fe原子引入后会大幅度提升材料的氮还原催化活性。大量文献记载通过电沉积法沉积在催化材料表面会大幅提高催化剂的活性。鉴于此，本发明提供了一种通过水热法在碳布上合成MoS₂后用电沉积上沉积上Fe（OH）₃的高效的电催化氮还原催化剂。

发明内容

本发明的目的之一是一种MoS₂-Fe(OH)₃/CC纳米片的新型制备方法。

本发明的目的之二是将所合成的纳米片阵列催化剂应用于电催化氮气还原体系。

本发明的目的之三是通过反复实验，设计一种全新的温度可变式电镀槽。

本发明的目的之四是改变传统电催化氮气还原模式，设计一种全新的H型电催化电解池。

附图说明

图1是本发明提供的自行设计的电镀槽的结构示意图。

图2是本发明提供的自行设计的H型电催化电解池的结构示意图。

本发明的技术方案如下：