[发明专利]一种二硼化钛/碳化硼复合电极及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种二硼化钛/碳化硼复合电极及其制备方法与应用，其中，二硼化钛/碳化硼复合电极包括基体以及设于所述基体上的复合涂层，所述复合涂层包括二硼化钛和碳化硼。二硼化钛涂层可有效地提高复合涂层的导电性；而碳化硼的掺入，可有效地提高复合涂层的催化活性。因此二硼化钛/碳化硼复合电极可有效地提高导电性和催化活性，极大地提高电催化氮气还原生成氨气的产量。本发明还提供了二硼化钛/碳化硼复合电极的制备方法，通过简单的工艺便可制备出催化性能优异的二硼化钛/碳化硼复合电极，简化了制备步骤，降低了成本。本发明还提供了将二硼化钛/碳化硼复合电极应用在电催化还原氮气中。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种二硼化钛/碳化硼复合电极及其制备方法与应用。

背景技术

氨气对人类社会有着非常重要的作用。它不仅可以用于化工生产，还可以促进农作物的生长。采用电催化氮气还原生成氨气(Nitrogen Reduction Reaction，NRR)技术是一种行之有效的解决办法。电催化还原是否能够高效的进行，对电极的催化活性有着很高的要求；同时在水系溶液中，析氢反应相较于NRR反应更容易进行，并且NRR反应还经常伴随着副反应的产生。上述原因都制约着氨气的转化率。

目前，通常采用贵金属(如镍、钴或铂)或者是其他化合物(如Fe₂O₃-CNT、Fe₃O₄或MoS₂)作为电极，但上述电极材料还是有着诸多的缺点。例如催化活性低、电极材料稳定性差、反应过程中生成副产物、成本高。因此，现在还并没有一种高效、安全的可用于催化氮气还原生成氨气的电极。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种二硼化钛/碳化硼复合电极及其制备方法与应用，通过在同时掺入二硼化钛和氮化硼，提高电极的导电性和催化活性。

本发明第一方面提供了一种二硼化钛/碳化硼复合电极，包括基体以及设于所述基体上的复合涂层，所述复合涂层包括二硼化钛和碳化硼。

本发明第一方面提供的一种二硼化钛/碳化硼复合电极，二硼化钛涂层可有效地提高复合涂层的导电性；而碳化硼的掺入，可有效地提高复合涂层的催化活性。因此二硼化钛/碳化硼复合电极可有效地提高导电性和催化活性，极大地提高电催化氮气还原生成氨气的产量。

其中，所述复合涂层包括设置于所述基体上的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。

其中，所述阵列凸起的形状为棱柱、棱锥、圆锥或针状。

其中，所述阵列凸起的形状为棱锥、圆锥或针状；棱锥、圆锥或针状的所述阵列凸起的顶端曲率半径为50-500nm。

其中，在所述复合涂层中，所述碳化硼的含量由靠近所述基体的一侧至远离所述基体的一侧逐渐增加。

其中，所述复合涂层中所述二硼化钛的质量分数为1-50％，所述碳化硼的质量分数为50-99％。

其中，所述复合涂层的厚度为600nm-6μm，所述阵列凸起的高度为50-500nm。

本发明第二方面提供了一种二硼化钛/碳化硼复合电极的制备方法，包括：

取基体，对所述基体进行清洗操作，在清洗后的所述基体上沉积复合涂层，所述复合涂层包括二硼化钛和碳化硼，得到二硼化钛/碳化硼复合电极。

本发明第二方面提供的制备方法，通过简单的工艺即可制备出电催化氮气还原生成氨气性能优异的二硼化钛/碳化硼复合电极，制备简单，成本低廉，在较恶劣的情况下使用寿命较高，具有很强的实用性。

其中，在清洗后的所述基体上沉积复合涂层之后，还包括在所述复合涂层的表层进行刻蚀以形成阵列凸起结构，使所述复合涂层包括设置于所述基体上的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构，得到二硼化钛/碳化硼复合电极。