本發(fā)明屬于電催化合成氨，具體涉及一種多元金屬磷化物nicop電催化劑、制備方法及其在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，由于haber-bosch技術(shù)反應(yīng)條件溫和、輸入能量低，直接電催化氮氣合成氨技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。然而，氮氣的難活化導(dǎo)致其電催化合成氨效率低下；另外，以亞硝酸根、硝酸根為主的電催化氮氧化物合成氨技術(shù)因其卓越的合成氨效率，得到了廣泛的發(fā)展。但氮氧化物的持續(xù)獲取的困難性導(dǎo)致其難以形成大規(guī)模的生產(chǎn)；因此，開發(fā)一種等離子體活化空氣制備氮氧化物，同時利用電催化高效還原氮氧化物合成氨的技術(shù)，可以同時解決上述問題。該技術(shù)的開發(fā)有望取代haber-bosch路線。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種多元金屬磷化物nicop電催化劑、制備方法及其在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用，旨在全面解決電催化氮氣合成氨、電催化氮氧化物合成氨中的諸多問題。

2、本發(fā)明采用的方案如下：

3、一種多元金屬磷化物nicop電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、（1）將泡沫鎳放置在酸性溶液中超聲浸泡，然后水清洗泡沫鎳。

5、（2）配制a溶液。

6、（3）將泡沫鎳放置在a溶液中進行水熱加熱，獲得金屬氫氧化物前驅(qū)體。

7、（4）將獲得的金屬氫氧化物前驅(qū)體控溫烘干；在惰性氣氛條件，在磷源的作用下保溫磷化，最后獲得多元金屬磷化物nicop電催化劑。

8、進一步地，步驟（1）中所述泡沫鎳的規(guī)格為2?cm×3?cm×0.5?mm。

9、進一步地，步驟（1）中所述泡沫鎳放置在酸性溶液中超聲浸泡2-10?min。

10、進一步地，步驟（2）中所述a溶液組成為：0.6?g硝酸鈷，0.6?g硝酸鎳，0.6?g氟化銨，1.2?g尿素以及30?ml去離子水。

11、進一步地，步驟（3）中水熱溫度為90-150?℃，水熱時間為3-12小時，最后獲得金屬氫氧化物前驅(qū)體。

12、進一步地，步驟（4）中烘干溫度為50-70?℃，氣氛條件為ar，磷源為次磷酸鈉，加熱手段為管式爐加熱，磷化溫度為300-400?℃。

13、本發(fā)明還提供一種多元金屬磷化物nicop電催化劑在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用，包括以下步驟：

14、a、采用三電極體系構(gòu)筑電催化體系，陽極和陰極電極分別為pt和nicop，工作電極為陰極nicop，參比電極為hg/hgo，放置在陰極，對電極為陽極pt電極。

15、b、陽極電解液組成為堿性氫氧化鉀溶液，陰極電解液組成為堿性亞硝酸鹽溶液。

16、c、采用等離子體技術(shù)活化空氣合成氣相氮氧化物，隨后利用堿性溶液吸收氣相氮氧化物生成亞硝酸根。

17、d、三電極體系外接電壓進行亞硝酸根還原合成氨反應(yīng)。

18、進一步地，步驟b中所述堿性亞硝酸根溶液ph值為14，亞硝酸根濃度為0-0.5?mol/l，體積為40?ml。

19、進一步地，步驟c中所述等離子體技術(shù)為火花放電等離子體。

20、進一步地，步驟d中三電極體系外接電壓為?+0.2?v至?-0.9?v。

21、與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明在理論創(chuàng)新和實際應(yīng)用效果上具有以下優(yōu)勢：

22、（1）等離子體活化空氣耦合電催化合成氨的創(chuàng)新與高效性。

23、本發(fā)明通過精確調(diào)控等離子體環(huán)境，我們成功地在液相中生成了高濃度的亞硝酸根，這一過程不僅連續(xù)穩(wěn)定，而且極大地提升了反應(yīng)物的利用率和反應(yīng)活性。相比傳統(tǒng)電催化氮氣直接合成氨技術(shù)，本發(fā)明利用等離子體活化空氣耦合電催化路徑，實現(xiàn)了合成氨速率的突破性提升，提升幅度高達3至4個數(shù)量級。這一成就不僅極大地縮短了反應(yīng)時間，降低了能耗，還為工業(yè)化生產(chǎn)高純度氨氣開辟了新的可能性。

24、（2）多元金屬磷化物nicop催化劑具有良好性能。

25、本發(fā)明研發(fā)的多元金屬磷化物nicop催化劑，憑借其獨特的晶體結(jié)構(gòu)和電子排布，展現(xiàn)出了對氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨良好的能力。與已報道的合成氨電催化劑相比，nicop催化劑不僅在活性上實現(xiàn)了顯著提升，更在穩(wěn)定性和選擇性上展現(xiàn)出了良好的表現(xiàn)。這種催化劑的獨特之處在于其能夠更有效地促進反應(yīng)物分子的吸附、活化及產(chǎn)物脫附過程，從而大幅提高了合成氨的效率和純度。這一發(fā)現(xiàn)不僅為電催化合成氨領(lǐng)域提供了新的高性能催化劑選擇，也為未來催化劑設(shè)計提供了寶貴的思路和方向。

26、（3）解決氮氣活化難題，為替代傳統(tǒng)haber-bosch工藝提供策略。

27、本發(fā)明通過等離子體活化空氣耦合電催化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，以及高效nicop催化劑的研制，從根本上解決了氮氣難以活化的固有問題，為電催化合成氨技術(shù)的高效化、綠色化提供了切實可行的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述泡沫鎳的規(guī)格為2?cm×3?cm×0.5?mm。

3.?根據(jù)權(quán)利要求2所述的多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述泡沫鎳放置在酸性溶液中超聲浸泡2-10?min。

4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述a溶液組成為：0.6?g硝酸鈷，0.6?g硝酸鎳，0.6?g氟化銨，1.2?g尿素以及30?ml去離子水。

5.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（3）中水熱溫度范圍是90-150?℃，水熱時間為3-12小時。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元金屬磷化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（4）中烘干溫度為50-70℃，氣氛條件為ar，磷源為次磷酸鈉，加熱手段為管式爐加熱，磷化溫度為300-400?℃。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述方法制備的多元金屬磷化物電催化劑。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的多元金屬磷化物電催化劑在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：

9.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的多元金屬磷化物電催化劑在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用，其特征在于，步驟b中所述堿性溶液ph值為14，亞硝酸鹽溶液濃度為0-0.5?mol/l，體積為40?ml。

10.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的多元金屬磷化物電催化劑在驅(qū)動等離子體活化空氣耦合電催化合成氨中的應(yīng)用，其特征在于，步驟c中所述等離子體技術(shù)為火花放電等離子體，步驟d中三電極體系外接電壓為+0.2?v至-0.9?v。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多元金屬磷化物電催化劑、制備方法及其應(yīng)用，所述電催化劑的制備方法，包括以下步驟：（1）將泡沫鎳放置在酸性溶液中超聲浸泡，然后水清洗泡沫鎳；（2）配制A溶液；（3）將泡沫鎳放置在A溶液水熱加熱一段時間，獲得金屬氫氧化物前驅(qū)體；（4）將獲得的金屬氫氧化物前驅(qū)體加熱磷化，獲得黑色多元金屬磷化物電催化劑。本發(fā)明開發(fā)一種有效活化氮氣、同時處理污染物和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的實用技術(shù)，并且為兼顧節(jié)能、環(huán)保和穩(wěn)定性的變革性技術(shù)提供了新的策略，不僅可以促進能源利用，提高整體反應(yīng)速率，還可以變廢為寶，收獲增值產(chǎn)品。

技術(shù)研發(fā)人員：孫艷娟,肖磊,李怡招,林曉燏
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)長三角研究院（湖州）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26