氨不僅是生產(chǎn)化肥的重要化學(xué)品,而且因其具有氫含量高以及易于儲存和運輸?shù)忍攸c被譽(yù)為一種非常有前途的清潔能源載體。目前哈伯-博世法是最主要的合成氨方法,但是該技術(shù)耗能大,污染排放高,不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。電催化NRR反應(yīng)可以在常溫常壓下使用電能驅(qū)動氮氣和水的反應(yīng)生成氨,從而被認(rèn)為是一種非常有吸引力的合成氨策略。但是,目前電化學(xué)合成氨的產(chǎn)率和效率還都比較低,因此開發(fā)高性能NRR催化劑是目前的研究熱點。碳材料因其具有較大的比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性,在電催化領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用�；诖�,本文設(shè)計了在碳材料基底上生長多孔Fe₂O₃納米棒陣列、磷摻雜石墨烯及磷鈀共修飾的石墨烯復(fù)合電催化劑,用于電化學(xué)合成氨的性能研究。本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:（1）以硝酸鐵九水化合物和無水硫酸鈉為前驅(qū)體,通過水熱法在碳布上合成了Fe OOH納米棒陣列前驅(qū)體,然后在N₂氣氛下煅燒最終得到自支撐多孔Fe₂O₃納米棒陣列電催化劑。受益于其自支撐結(jié)構(gòu),多孔結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的導(dǎo)電性,該催化劑在電催化NRR合成氨反應(yīng)... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

多相催化劑上NRR的機(jī)理示意圖[16]

金屬結(jié)合在一起形成雙金屬也被廣泛研究。這些催化劑具有耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，但也存在價格昂貴的問題，金屬資源的稀缺性和高成本嚴(yán)重阻礙了貴金屬催化劑在電化學(xué)合成氨領(lǐng)域的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用。因此，近年來又出現(xiàn)了一些新的電化學(xué)合成氨催化劑，包括:過渡金屬復(fù)合催化劑、碳基催化劑和單原子催化劑等。1.2過渡金屬納米材料的電化學(xué)合成氨性能研究1.2.1過渡金屬氧化物過渡金屬氧化物因其低廉的價格、易于獲取以及高催化活性等性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域，在電催化領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。例如，Han等[17]合成了MoO3納米片（圖1-2），在室溫和大氣壓下，在0.1M的HCl中，該催化劑具有顯著的NRR性能，產(chǎn)氨速率為4.80×10-10mol·s-1·cm-2（29.43μg·h1·mg1cat.），法拉第效率為1.9％，而且表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性。此外，該催化劑還顯示出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性。同時，衍生的過渡金屬氧化物復(fù)合納米材料，也被應(yīng)用于電化學(xué)合成氨反應(yīng)，且取得了較為優(yōu)異的催化性能[18-20]。例如，Chu等[21]開發(fā)了在石墨烯上負(fù)載的NiO納米點作為高性能NRR電催化劑，該催化劑具有顯著的NRR性能，產(chǎn)氨速率為18.6μg·h1·mg1cat.，法拉第效率7.8％，優(yōu)于大多數(shù)報道的NRR電催化劑。此外，該催化劑還顯示出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性。圖1-2（a和b）MoO3納米片的掃描電子顯微鏡（SEM）圖,（c）透射電鏡（TEM）圖，（d）高分辨TEM圖，以及（e和f）相應(yīng)EDX元素分布圖[17]Figure1-2.(aandb)SEMimagesoftheMoO3nanosheets,(c)TEMand(d)HRTEMimagesoftheMoO3nanosheets,(eandf)EDXelementalmappingofMoandOforMoO3

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文41.2.2過渡金屬氫氧化物過渡金屬氫氧化物具有較高的催化活性，已廣泛應(yīng)用于燃料電池、電催化析氧反應(yīng)（OER）、電化學(xué)合成氨等領(lǐng)域。目前過渡金屬氫氧化物主要應(yīng)用于OER反應(yīng)，其中層狀雙氫氧化物（LDHs）是目前OER電化學(xué)催化劑研究的熱點，一般分為MOOH和M(OH)2兩種類型[22-25]。此外，LDHs表面具有羥基基團(tuán)可通過共價鍵結(jié)合、靜電作用力以及形成氫鍵的方式進(jìn)行表面修飾等特點，因此其在各種不同催化領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。同時，將過渡金屬氫氧化物應(yīng)用于電化學(xué)合成氨領(lǐng)域也逐漸成為研究熱點。例如，Zhu等[26]合成了β-FeOOH納米棒可作為一種高效且持久的NRR電催化劑，在0.5M的LiClO4中，這種電催化劑具有較高的產(chǎn)氨速率（23.32μg·h1·mg1cat）.和法拉第效率（6.7％），性能優(yōu)于大多數(shù)報道的水基NRR電催化劑。值得注意的是，該催化劑還顯示出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的選擇性（圖1-3）。圖1-3（a）β-FeOOH樣品的XRD譜圖，（b）SEM圖，（c）TEM圖，（d）高分辨TEM圖，以及（e）Fe2p和（f）O1s的XPS譜圖[26]Figure1-3.(a)XRDpatternsand(b)SEMimagesofβ-FeOOH,(c)TEMand(d)HRTEMimagesofaβ-FeOOHnanorod,XPSsurveyspectraforβ-FeOOHinthe(e)Fe2pand(f)O1sregions

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]非金屬與過渡金屬納米材料的制備及在常溫常壓下電催化還原N2和CO2的性能研究[D]. 邱偉斌.南昌大學(xué) 2019



本文編號：3215019