[发明专利]一种MoO2

说明书

本发明提供了一种MoO₂@C电催化剂及其制备方法和应用。在本发明中，通过水浴和碳化的方法合成了MoO₂@C电催化剂，所述MoO₂@C电催化剂为碳膜包裹纳米颗粒的结构，其能够很好的用于电催化硝酸根合成氨。本发明中制备的MoO₂@C催化剂在1M NaOH+0.1M NaNO₃电解液中有着较高的氨产率和法拉第效率，氨产率可以达到809.20mmol h^‑1g_cat.^‑1，法拉第效率为75.99％。

技术领域

本发明属于电催化材料制备技术领域，具体涉及一种MoO₂@C电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氨是一种极为重要的化工产品，广泛的用于农业，制药以及工业产品等，其具有庞大的市场需求。目前工业上，主要通过Haber-Bosch工艺利用氮气和氢气作为原料来合成氨，但是由于极其稳定的氮氮三键，此方法需要在高温高压和铁基催化剂条件下合成氨，同时会排放大量二氧化碳，加剧温室效应。作为替代方案，电催化氮气还原(eNRR)是一种可行的合成氨方式，但是受限于N₂转化率低以及有限的N₂溶解度。

硝酸盐(NO₃^-)因其脱氧过程中较低的解离能远小于断裂N≡N三键所需能量，同时，硝酸盐在生活环境中过多会危害人体健康。因此，电催化硝酸盐制氨是一种很有前景的策略。在硝酸盐制氨的过程中，涉及到八电子还原过程和竞争性的析氢反应，就会造成较低的氨产率和法拉第效率。因此，需要通过优化催化剂的反应活性位点以促进NO₃^-的吸附和活化，设计出合适的合成氨电催化剂。

钼(Mo)是固氮酶中重要元素，可在生物系统中进行氮固定，所以从仿生学角度上钼基催化剂是一种有前途的合成氨电催化剂。MoO₂材料已被广泛的用于电催化氮气还原反应，氧还原反应中，因此，MoO₂也可用于电催化硝酸盐合成氨中。但是，MoO₂自身的电催化合成氨的活性收到一定的抑制，因其利于析氢反应的进行，然而电催化合成氨和析氢为竞争反应，导致MoO₂的合成氨效率不高。所以急需一种策略方法提升MoO₂的反应活性，提升其对NO₃^-的吸附和活化能力，加快合成氨反应速率等动力学参数，从而抑制析氢，促进反应利于电催化合成氨的进行。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种MoO₂@C电催化剂及其制备方法和应用。在本发明中，通过水浴和碳化的方法合成了MoO₂@C电催化剂，所述MoO₂@C电催化剂为碳膜包裹纳米颗粒的结构，其能够很好的用于电催化硝酸根合成氨。

本发明中首先提供了一种MoO₂@C电催化剂，所述MoO₂@C电催化剂中碳膜包裹着MoO₂纳米颗粒；所述碳膜的厚度为10～20nm。

本发明中还提供了上述MoO₂@C电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

将聚乙烯基吡咯烷酮PVP和四水合钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶于去离子水中，搅拌均匀后蒸干，然后在Ar氛围下煅烧，得到MoO₂@C。

进一步的，所述PVP、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O和去离子水的用量比为0.5～2.5g：2g:60mL。