一种复合纳米材料MoO2/MoS2的制备及其在电催化硝酸根还原合成氨中的应用

本发明涉及纳米材料moo2/mos2的制备及其在电催化硝酸根合成氨中的应用，属于电催化。

背景技术：

1、近年来硝酸盐被认为是地下水中最普遍的污染物，主要来源是富氮肥料的大量使用以及处理不当的生活污水和工业废水的排放，高浓度的硝酸盐会导致水体富营养化，进入人体内还会威胁人类健康。与此同时，氨(nh3)却是一种非常重要的化工产品，目前工业制氨主要采取haber-bosch工艺，但其存在能耗高，污染严重等问题。相比之下，电催化硝酸盐还原制氨的过程更加的绿色环保，将硝酸根在常温常压下转化为可回收利用的铵(nh4+)具有非常重要的意义。

2、虽然电催化制氨具有成本低、条件温和以及环境友好等优势而受到广泛的发展，但是却仍然存在很多的问题未被解决：反应过程中复杂的八电子转移途径以及析氢反应的竞争使得动力学过程缓慢，较高的反应能垒导致反应的活性低，副产物的生成使得其法拉第效率和选择性较低等问题。因此，设计和开发高效的催化剂，优化催化剂表面的活性位点，增强对硝酸根的吸附和活化，提高硝酸根还原合成氨的性能，抑制析氢等副反应产生，是目前研究领域的重点。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供价格低廉，电催化性能较高的moo2/mos2纳米材料。

2、本发明的目的之二是提供一种moo2/mos2纳米材料用于电催化硝酸根还原合成氨的应用。

3、本发明是通过一下技术方案实现的：

4、一种复合纳米材料moo2/mos2用于电催化硝酸根还原合成氨的应用，包括一下步骤：

5、(1)催化剂moo2/mos2的制备

6、在特定溶剂中加入钼源以及有机配体采用溶剂热法制备了前驱体moo2，通过煅烧制备了复合催化剂moo2/mos2；

7、(2)配制电解质溶液

8、配制适当浓度含有的硝酸根的电解质溶液；

9、(3)电催化硝酸根还原合成氨的测试

10、在步骤(2)配制的电解液中，采用步骤(1)制备的催化剂作为工作电极，碳棒为对电极，汞氧化汞电极为参比电极，在nafion 117膜分隔的h型电解池反应器中进行硝酸根还原合成氨的测试反应。

11、在上述技术方案中，所述特定的反应溶剂为n，n-二甲基甲酰胺和去离子水的混合物。

12、在上述技术方案中，所述钼源为乙酰丙酮钼其浓度为10mmol/l。

13、在上述技术方案中，所述有机配体为氮川三乙酸其浓度为5mmol/l。

14、在上述技术方案中，钼源乙酰丙酮钼与有机配体氮川三乙酸的投料摩尔比为2∶1。

15、在上述技术方案中，溶剂热反应温度为180℃，反应时间为6h。

16、在上述技术方案中，moo2通过在5％h2s气氛下在管式炉中进行低温煅烧引入s元素，管式炉中程序升温速率为2℃/min，起始温度为室温，保持温度为400℃，保温时间为2h。

17、在上述技术方案中，电解质为1m koh溶液，配制硝酸根的浓度分别为25mm、50mm、75mm和100mm。

18、在上述技术方案中，所述三电极体系下反应电位相对于标准氢电极设为-1.0v～0v，反应温度均为室温，在不同电压下电催化硝酸根还原合成氨。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明提供了一种复合纳米材料moo2/mos2的制备方法，用于电催化硝酸根还原合成氨的应用，该催化剂成本低廉、易于制备，操作简单，并将这种材料作为电催化硝酸根还原合成氨的催化剂。在电压-0.2v下，该电催化剂材料合成氨的产率为1274.3μg h-1mg-1，法拉第效率为84％。

技术特征：

1.一种复合纳米材料moo2/mos2的制备及其在电催化硝酸根还原合成氨中的应用，其特征是，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述特定的反应溶剂为n，n-二甲基甲酰胺和去离子水的混合物。

3.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述钼源为乙酰丙酮钼其浓度为10mmol/l。

4.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机配体为氮川三乙酸其浓度为5mmol/l。

5.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，钼源乙酰丙酮钼与有机配体氮川三乙酸的投料摩尔比为2∶1。

6.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，溶剂热反应温度为180℃，反应时间为6h。

7.根据权利要求1中所述的催化剂用于电催化硝酸根还原合成氨的方法，其特征在于：步骤(1)中，moo2通过在5％h2s气氛下在管式炉中进行低温煅烧引入s元素，管式炉中程序升温速率为2℃/min，起始温度为室温，保持温度为400℃，保温时间为2h。

8.根据权利要求2中所述配制电解质溶液，其特征在于：电解质为1m koh溶液，配制硝酸根的浓度分别为25mm、50mm、75mm和100mm。

9.根据权利要求3中所述电催化硝酸根还原合成氨的测试，其特征在于：所述三电极体系下反应电位相对于标准氢电极设为-1.0v～0v，反应温度均为室温，在不同电压下电催化硝酸根还原合成氨。

技术总结
本发明涉及纳米材料MoO<subgt;2</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;的制备及其在电催化硝酸根还原合成氨的应用。包括：(1)催化剂MoO<subgt;2</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;的制备；(2)配制电解质溶液；(3)电催化硝酸根还原合成氨的测试。本发明受固氮酶中Mo基催化剂的启发，通过溶剂热法合成了前驱体催化剂MoO<subgt;2</subgt;，再对前驱体催化剂优化制备了复合催化剂MoO<subgt;2</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;，该催化剂有效提高了电催化硝酸根还原反应的活性，提高了产氨的速率，显示出了较高的法拉第效率，具有相对良好的稳定性。该催化材料原料低廉合成工艺简单，并且可将污染物硝酸盐转化为氨，在污水处理以及电催化合成氨等方面具有重要应用价值。

技术研发人员：王成,王娇
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16