[发明专利]一种硝酸根还原电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电催化剂的制备方法，该制备方法包括在溶液体系中，将钴源、锰源、尿素和氟化铵在泡沫钴基底上进行水热反应生成Co_xMn₂O₄；Co_xMn₂O₄中x的数值为0.8‑1.2。本发明通过采用水热反应的方法在泡沫钴基底上制备了尖晶石矿Co_xMn₂O₄纳米管，该制备方法简单、制备成本低，可以在工业上大规模应用。并且本发明首次通过对金属比例的调控，制备得到的Co_xMn₂O₄具有高催化活性以及高选择性，能够在大电流下稳定高效的进行硝酸根还原。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，具体而言，涉及一种硝酸根还原电催化剂及其制备方法。

背景技术

二氧化碳的过度排放引发的环境和能源问题已经引起全世界人民的关注，我国也为此制定了2050前达到碳中和的目标。铵盐，是一种农业和工业生产重要的原料，被广泛应用于很多领域。现在工业上生产铵根常用的是Haber-Bosch方法，这一过程需要在高温高压下进行，会消耗很多的化石能源，被认为是导致能源危机和二氧化碳过度排放的重要原因之一。

电催化还原硝酸根成铵根(NO₃RR)被认为是一种高效，清洁的产氨方法，这种方法不仅可以生产铵根，也可以解决水体中硝酸根富集导致的水体污染。然而，目前这种方法还没有被产业化，这主要是因为缺少高效的电催化剂。高效的电催化剂能够在降低消耗的同时加速铵根的产生效率，进而提高能源的利用率。电催化还原硝酸根主要的竞争反应是同为阴极反应的析氢反应(HER)。选择性高，高效低耗能的NO₃RR催化剂对于电催化还原硝酸根产铵根极为重要。目前，文献中所报道的最高性能NO₃RR催化剂是单晶面Cu的金属单质或者贵金属Ru。虽然这类催化剂可以有效降低工作电压，然而由于其稀缺性和高昂的制备成本，限制了它们的广泛应用。因此设计和开发高效低成本的硝酸根还原电催化剂成为了十分迫切的需要。

目前，文献中所报道的低成本非贵金属基的NO₃RR催化剂Co的氧化物CoOx，因为其丰富可调控的化合价展现了优异的性能。然而在大电流的还原下，Co的氧化物中Co的价态也会被还原，进而影响NO₃RR的活性。所以，开发一种在大电流下稳定高效的NO₃RR催化剂对于NO₃RR在工业上的大规模应用至关重要。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硝酸根还原电催化剂及其制备方法，以克服上述技术问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种电催化剂的制备方法，该制备方法包括在溶液体系中，将钴源、锰源、尿素和氟化铵在泡沫钴基底上进行原位水热反应生成Co_xMn₂O₄；Co_xMn₂O₄中x的数值为0.8-1.2。

第二方面，本发明提供了上述制备方法所制备得到的电催化剂。

第三方面，本发明提供了上述电催化剂在电催化还原硝酸根中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过采用水热反应的方法在泡沫钴基底上制备了尖晶石矿Co_xMn₂O₄纳米管，该制备方法简单、制备成本低，可以在工业上大规模应用。并且本发明首次通过对金属比例的调控，制备得到的Co_xMn₂O₄具有高催化活性以及高其选择性，能够在大电流下稳定高效的进行硝酸根还原。