[发明专利]用于ENRR的电催化材料B-VS2的制备方法

说明书

用于ENRR的电催化材料B‑VS2的制备方法，属于电催化固氮领域。包括前驱体机械混合，前驱体溶液微波水热，水热得到的固体抽滤洗涤真空干燥得到B‑VS₂。本发明主要用于制备B‑VS₂电催化固氮材料，解决了未掺杂硼的VS₂用于ENRR稳定性能不佳的问题。其中，与以偏钒酸铵作为钒源和硫代乙酰胺作为硫源水热得到的二硫化钒VS₂在反应的过程中活性中心V⁴⁺被还原成V²⁺而失活相比，本发明以偏钒酸铵作为钒源、硫代乙酰胺作为硫源和硼酸作为硼源水热得到了B‑VS₂，通过硼的掺杂稳定V⁴⁺活性中心，进而稳定ENRR的催化性能。

技术领域

本发明属于电催化还原氮气制氨领域，具体公开了用于ENRR的电催化材料B-VS₂的制备方法。

背景技术

现代社会中氨是一种重要的工业原料，广泛应用于化工业、塑料制造，炸药以及染料等行业。Haber-Bosch方法在全球合成氨中起着主导作用，但其过程在高温高压条件下进行，且伴随着高能耗和CO₂排放的问题。在各种策略中，电化学氮还原反应(ENRR)由于其绿色性质且易于大规模设置而被认为是一种有前途的方法。然而，由于其非常低的生产率，其实际应用受到极大限制，这非常依赖于所用的电催化剂。因此，寻找具有高催化性能的新型电子催化剂对ENRR至关重要。

性能优异的电催化剂往往需要以下特质：好的传质能力和导电性、一定的机械强度、良好的催化稳定性。在传统的VS₂电催化氮还原反应中，作为反应活性中心的V⁴⁺会被还原成V²⁺而失活，表现出差的催化稳定性。为了解决这一问题，设计硼掺杂的二硫化钒B-VS₂作为催化剂，硼的引入保护V⁴⁺活性中心,在ENRR中表现出优异的稳定性能。

发明内容

针对现有催化剂存在的稳定性能差的问题，本发明旨在制备一种能够稳定催化剂活性中心的掺杂型催化剂B-VS2的方法，能够在较长的时间内稳定催化性能，进而提升氨产率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电催化还原氮气的硼掺杂二硫化钒B-VS₂材料及其制备方法，包括前驱体机械混合，前驱体溶液微波水热，水热得到的固体抽滤洗涤真空干燥得到B-VS₂。所述前驱体溶液由偏钒酸铵NH₄VO₃、硫代乙酰胺、硼酸和超纯水组成。

进一步的，所述偏钒酸铵、硫代乙酰胺、硼酸的摩尔比为5:15:0.5-1；每5mmol偏钒酸铵对应30-50mL超纯水。

进一步的，所述机械混合是通过磁力搅拌实现的，具体搅拌时间为1h。

进一步的，所述微波水热的具体过程为：10min从室温加热到120℃，并在此温度下保温8min；然后10min加热到150℃，并在此温度下保温8min；然后10min加热到180℃，并在此问下保温120min；最后自然冷却至室温。进一步的，所述抽滤洗涤用到的溶剂分别为超纯水和无水乙醇，洗涤次数均为3次。

进一步的，所述真空干燥的具体条件为：-30MPa、60℃和12h。

本发明以偏钒酸铵作为钒源、硫代乙酰胺作为硫源和硼酸作为硼源水热得到了B-VS₂，通过硼的掺杂稳定V⁴⁺活性中心，进而稳定ENRR的催化性能。

本发明在保证制得的材料具有一定催化活性的同时，稳定了催化性能、延长了催化反应发生的时间且得到的材料微观形貌统一，尺寸分布集中。上述特征有助于ENRR过程的深入研究。

附图说明

图1为本发明用于ENRR的电催化材料B-VS₂的微观形貌示意图；