本發(fā)明屬于電催化材料，具體涉及一種電催化氮還原制氨電極材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、作為最重要的化工原料之一，nh3在人類社會(huì)和工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著非凡的重要作用。目前nh3的大規(guī)模生產(chǎn)依賴于haber-bosch工藝(150-350atm，350-550℃)，但haber-bosch工業(yè)制氨有著嚴(yán)重的缺陷，如能耗高、效率差、環(huán)境污染等。每年用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用上的能源占全球總能源供應(yīng)的1％以及總天然氣產(chǎn)量的3-5％。因此開發(fā)穩(wěn)定、綠色、高效的替代能源具有重要現(xiàn)實(shí)意義。從這個(gè)角度來說，利用電能進(jìn)行電催化氮還原制氨將會(huì)是下一代極具潛力的綠色環(huán)保的可持續(xù)制氨技術(shù)。然而，n2在水系中的低溶解度和n≡n的高鍵能嚴(yán)重限制了活化和加氫動(dòng)力學(xué)速率。

2、目前，為了更高效更穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)高活性高選擇性的電催化氮還原制氨電極材料，研究人員開發(fā)了很多催化劑或催化電極，相關(guān)技術(shù)也有報(bào)道。專利cn?109174122a通過控制氯鹽的濃度，以及kbr、表面活性劑和鹽酸的用量來調(diào)控催化劑的形貌和組分，制備得到長針海膽狀pdcu?i?r氮還原電催化劑，該電催化劑具有較高的活性比表面積，促進(jìn)氮?dú)馕?。然而，貴金屬基材料的價(jià)格昂貴且析氫副反應(yīng)嚴(yán)重，產(chǎn)率和效率難以達(dá)到要求。專利cn114457357?a通過有機(jī)-硬模板合成方法得到單晶超薄femo3s4納米片，這種電催化劑激活多個(gè)活性位點(diǎn)，很好地降低氮還原過程中的能壘?？量痰目刂茥l件，不利于可持續(xù)的發(fā)展和難以大批量生產(chǎn)，而且不穩(wěn)定的催化劑結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致催化活性失活。開發(fā)出工藝簡單、成本低且可規(guī)模生產(chǎn)的電催化氮還原制氨電極仍迫在眉睫。

3、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

4、(1)現(xiàn)階段催化劑總要以貴金屬基為主，價(jià)格昂貴，儲(chǔ)量稀少且伴隨著嚴(yán)重的析氫副反應(yīng)。

5、(2)成分復(fù)雜的過渡金屬復(fù)合材料，工藝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，難以大批量生產(chǎn)。

6、解決上述技術(shù)問題的難度：

7、(1)大規(guī)模生產(chǎn)氨時(shí)，n≡n強(qiáng)鍵能需要在高溫高壓下才能斷裂，因此目前大規(guī)模生產(chǎn)氨已經(jīng)依靠haber-bosch法，此種工藝能耗高，設(shè)備要求苛刻，且排放大量溫室氣體。

8、(2)氮?dú)獾乃抵械娜芙舛葮O低，且對電催化劑的活性要求很高。常見的催化劑合成方法，比如摻雜、取代等，難以完全激活催化劑活性和充分暴露活性位點(diǎn)。

9、(3)在工業(yè)應(yīng)用中，材料的成本、合成工藝、能效以及穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。但目前所報(bào)道的電催化氮還原制氨電極中，絕大部分都受限于復(fù)雜嚴(yán)格的合成工藝以及材料結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中的穩(wěn)定性。因此尋找一種高效簡易穩(wěn)定的電催化氮還原制氨電極，顯得極為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種電催化氮還原制氨電極材料、制備方法及其應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種電催化氮還原制氨電極材料，所述電催化氮還原制氨電極材料的化學(xué)式為sr0.3co0.7fe2o4。

4、一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，所述制備方法包括：

5、s1、將鐵鹽和鈷鹽溶于水中，攪拌均勻，得到預(yù)溶液；

6、s2、向預(yù)溶液中加入sr(oh)2溶液用來調(diào)節(jié)預(yù)溶液的ph值，并攪拌均勻得到混合溶液，然后靜置老化1-5小時(shí)，再經(jīng)過離心處理，收集得到沉淀物；

7、s3、將沉淀物在氬氣氛圍下進(jìn)行煅燒，煅燒結(jié)束后經(jīng)研磨即獲得電催化氮還原制氨電極材料。

8、進(jìn)一步地，所述鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵以及硫酸鐵中的至少一種。

9、進(jìn)一步地，所述鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷以及硫酸鈷中的至少一種。

10、進(jìn)一步地，所述鐵鹽和鈷鹽的摩爾比為1：1。

11、進(jìn)一步地，步驟s2中得到的混合溶液的ph≥12。

12、進(jìn)一步地，所述煅燒條件為溫度為600-800℃，煅燒1-3小時(shí)。

13、一種電催化氮還原制氨電極材料在電催化氮還原制氨中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、1、本發(fā)明中所用的電催化材料可以在常溫常壓下綠色高效穩(wěn)定的電催化氮還原合成氨。

16、2、本發(fā)明具備更大的晶格間距可以調(diào)控材料原子間電子分布，充分激活催化劑活性，并且扭曲的晶格結(jié)構(gòu)可以有效地吸附氮?dú)猓谳^低電壓下實(shí)現(xiàn)高氨產(chǎn)率和高法拉第效率。

17、3、本發(fā)明使用過渡金屬基催化劑，避免了成本昂貴的貴金屬基材料，利用最常見且極為便宜的尖晶石材料為主體，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在工業(yè)應(yīng)用方面極具優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

1.一種電催化氮還原制氨電極材料，其特征在于，所述電催化氮還原制氨電極材料的化學(xué)式為sr0.3co0.7fe2o4。

2.一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，所述鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵以及硫酸鐵中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，所述鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷以及硫酸鈷中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，所述鐵鹽和鈷鹽的摩爾比為(1-3)：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，步驟s2中得到的混合溶液的ph≥12。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化氮還原制氨電極材料制備方法，其特征在于，所述煅燒條件為溫度為600-800℃，煅燒1-3小時(shí)。

8.如權(quán)利要求1所述的一種電催化氮還原制氨電極材料在電催化氮還原制氨中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電催化氮還原制氨電極材料、制備方法及其應(yīng)用；所述電催化氮還原制氨電極材料的化學(xué)式為Sr<subgt;0.3</subgt;Co<subgt;0.7</subgt;Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;；所述電催化氮還原制氨電極材料制備方法，包括：S1、將鐵鹽和鈷鹽溶于水中，攪拌均勻，得到預(yù)溶液；S2、向預(yù)溶液中加入Sr(OH)<subgt;2</subgt;溶液用來調(diào)節(jié)預(yù)溶液的pH值，并攪拌均勻得到混合溶液，然后靜置老化1?5小時(shí)，再經(jīng)過離心處理，收集得到沉淀物；S3、將沉淀物在氬氣氛圍下進(jìn)行煅燒，煅燒結(jié)束后經(jīng)研磨即獲得電催化氮還原制氨電極材料。本發(fā)明具備更大的晶格間距可以調(diào)控材料原子間電子分布，充分激活催化劑活性，并且扭曲的晶格結(jié)構(gòu)可以有效地吸附氮?dú)猓谳^低電壓下實(shí)現(xiàn)高氨產(chǎn)率和高法拉第效率。

技術(shù)研發(fā)人員：錢濤,劉思鷥,宦云飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2