[发明专利]氧化铜纳米片及其制备方法、电催化硝酸根制氨的方法

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，具体而言，涉及一种氧化铜纳米片及其制备方法、电催化硝酸根还原制氨的方法。氧化铜纳米片的制备方法包括以下步骤：将氯化铜溶液和氢氧化钠溶液混合搅拌，形成含四羟基合铜配离子的溶液，并进行水热反应；氯化铜溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～0.10mol/L，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为2mol/L～4mol/L。上述制备方法制得的氧化铜纳米片具有优异导电性且能够提高产氨速率和产氨法拉第效率。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体而言，涉及一种氧化铜纳米片及其制备方法、电催化硝酸根还原制氨的方法。

背景技术

CuO纳米片是一种含有丰富(100)晶面的铜基催化剂，已经被广泛地应用于二氧化碳还原、醛类有机物加氢、硝酸根还原产氨以及其他多种化合物的催化加氢或脱氢反应等领域。目前制备富含(100)晶面的CuO催化剂往往需要加入各种封盖剂(比如聚乙烯吡咯烷酮)，然而封盖剂的加入往往会导致CuO催化剂表面被封盖剂包裹，从而减少了CuO催化剂表面的活性位点，降低了其导电性能。而且此类合成方法的工艺也比较复杂，生产周期长。

将硝酸根进行电化学还原，不仅可以有效地降低废水中硝酸根的含量，避免其对环境造成更大的破坏，还可以获得具有广泛用途的高附加值化学品——氨。然而，目前硝酸根电化学还原常用催化剂为过渡金属氧化物，且电解液常为中性的盐溶液，加入的底物硝酸根含量少。但是，过渡金属催化剂普遍存在法拉第效率低，对氨的选择性低且产氨速率小。此外，中性电解液中含有的硝酸根量少，在还原过程中并不会引起溶液pH值的变化，而且目前氨的定量存在较大误差，硝酸根的含量(即氨产量)较少时，其相对误差会更大。如果增加硝酸根的量，还原过程中又会伴随着大量OH^-的形成，导致电解前后pH有明显的改变，从而会让电解过程中实际的电解电位发生明显偏移。因此，该体系下很难进行放大生产。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提升导电性且能够提高产氨速率和产氨法拉第效率的氧化铜纳米片及其制备方法、电催化硝酸根还原制氨的方法。

本发明一方面，提供一种氧化铜纳米片的制备方法，其包括以下步骤：

将氯化铜溶液和氢氧化钠溶液混合搅拌，形成含四羟基合铜配离子的溶液，并进行水热反应；所述氯化铜溶液的摩尔浓度为0.02mol/L～0.10mol/L，所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为2mol/L～4mol/L。

本发明一方面，还提供一种如上述所述的氧化铜纳米片的制备方法制得的氧化铜纳米片。

本发明另一方面，进一步提供一种电催化硝酸根还原制氨的方法，其采用上述所述的氧化铜纳米片作为催化剂，包括以下步骤：

以负载有所述氧化铜纳米片的导电材料作为工作电极，以无机碱为原料制备pH为13.5～14的电解液；

在恒定电位下进行电解，以还原所述氧化铜纳米片；以及

调控所述电解液中硝酸根的浓度为100mmol/L～1000mmol/L，并电催化所述硝酸根还原制氨。

上述提供的氧化铜纳米片的制备方法，通过合理地调控氯化铜溶液和氢氧化钠溶液的摩尔浓度，在氯离子的导向作用下，无需任何封盖剂即可获得表面干净且形貌良好的氧化铜(CuO)纳米片。保证了氧化铜纳米片良好的导电性，也使其活性位点得以充分暴露，而且整个合成工艺比较简单，生产周期短。