[发明专利]用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂的制备方法，包括：将Pd(PPh₃)₄与CNT共处理，其中，Pd与P原子配位后通过P‑C键稳定于共轭结构的CNT表面，得到用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂，该方法制备得到的催化剂能够有效提高电催化NO₃^‑还原制备氨的活性。

技术领域

本发明属于能源催化技术领域，涉及一种用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂的制备方法。

背景技术

在自然界中，氮循环在维持生命方面起着关键的作用。而人工合成氨是世界上最大的工业合成化学品之一。目前，人工合成氨因为其具有高能量密度，易液化便于运输等优势，在农业、化工、医药、储能等领域被广泛应用。目前工业上几乎所有的氨都是通过Haber-Bosch工艺合成的，而该工艺需要高温高压的反应条件，有着耗能高、温室气体排放量大等问题。N≡N键能(941kJ/mol)很高，很难断裂，等离子体辅助活化氮气产生硝酸根是一个和好的途径。在这种情况下，将硝酸根直接还原为氨可以补充氨生产而不耗尽化石燃料，实际上，较低的键解离能n＝O(204kJ/mol)使NO₃^-是合成氨的理想氮源。

电化学方法操作简单、效率高，可以直接将水溶液NO₃^-还原为NH₃。这些过程比Haber-Bosch工艺需要更少的能量，并且可以通过在NO₃^-和NH₃之间构建新的氮循环来解决环境问题。然而，NO₃^-还原反应中通常会产生许多副产物，例如NO₂^-、N₂、N₂O等，致使如何提高NO₃^-还原产氨的选择性是一个重要问题，其最根本的原因在于电催化NO₃^-还原制备氨的活性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂的制备方法，该方法制备得到的催化剂能够有效提高电催化NO₃^-还原制备氨的活性。

为达到上述目的，本发明所述的用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂的制备方法包括：将Pd(PPh₃)₄与CNT共处理，其中，Pd与P原子配位后通过P-C键稳定于共轭结构的CNT表面，得到用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂。

具体包括以下步骤：

将碳纳米管CNT分散于CH₂Cl₂中，加入Pd(PPh₃)₄，控制Pd金属的负载量在0.5-5wt％，再超声处理使其充分混合，然后搅拌使CH₂Cl₂完全挥发，研磨后进行热处理，得到用于高效电催化还原合成氨Pd单原子催化剂。

碳纳米管CNT及Pd(PPh₃)₄的比例为(0.1-0.5)g：(0.01-0.05)g。

碳纳米管CNT与CH₂Cl₂的比例为(0.1-0.5)g：(20-100)ml。

超声处理的时间为10-60min。

所述搅拌使CH₂Cl₂完全挥发的具体过程为：

在磁力搅拌下，搅拌为5-12h，转速控制在300-500rpm，搅拌至CH₂Cl₂完全挥发。