【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
1、随着化石燃料的耗尽，日益增长的全球能源需求侧重点便放在了可持续能源上，但常见的可再生能源(如风能、太阳能和潮汐能)是间歇性的，其强度各不相同，因此储能系统被认为是优化和维持可再生能源供应的有效选择，其中绿色氢与可再生能源系统相结合是实现这一目标的良好选择之一。然而，氢的储存和运输的困难限制其大规模应用。nh3作为一种含氢量较高的氢能载体，具有便于储存和运输的优势，被认为是绿色氢的最佳替代品。同时，化石燃料的燃烧和含no3–的生活废水和工业废水的不科学排放使硝酸盐成为地表水和地下含水层中普遍存在的污染物。硝酸盐污染是一个严重的环境问题，不利于水、食物的供应，甚至是人类的健康。相反，另一种含氮化合物nh3是一种关键的增值化学商品。有效地将no3–转化为nh3(nra)具有重要的科学和现实意义。在能源危机和二氧化碳减排的背景下，电催化nra的可持续生产是一个特别有前途的选择。
2、由于no3–最低未占据的分子轨道(lumoπ*)能量较高，电荷注入其轨道非常不利，这导致了nra过程动力学缓慢。然而铜(cu)基催化剂已被报道为一种高效的硝酸盐还原反应(no3rr)的阴极电催化剂。cu催化剂由于其具有与no3–相似的lumoπ*能级而得到了广泛的研究，但cu只有在高过电位下才能达到较高的fe和nh3产率，详细地说，由于电催化nra反应是对*no3–的不断脱氧和加氢，而cu对h自由基(·h)的弱吸附成为其催化nra的主要限制因素，
3、目前，已经有许多金属被探究用于电还原硝酸盐转氨体系，其中，cu无论是单独还是与其它金属结合的形式均表现出了出色的电催化还原硝酸盐性能。基于此，本专利技术将具有更高孔隙率和强吸附氢能力材料泡沫镍作为基底，对h自由基(·h)吸附能力强的过渡金属mo作为第二金属，电共沉积法一步合成泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金颗粒用于电催化硝酸根还原制氨的反应体系中。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是提供了一种工艺简单、成本低廉且性能优异的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂，该催化剂可用于硝酸根转氨。以常规的泡沫镍为衬底，将包含一定浓度的三水硝酸铜和仲钼酸铵混合溶液作为金属前驱体沉积液，采用基于循环伏安法的电沉积技术成功合成了泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金颗粒硝酸根转氨催化剂。这种三维cu-mo纳米晶合金催化剂是一种具有分支形态的树突状合金材料，其微米大小的孔隙网络，极大地促进了反应物向催化剂表面的传质过程，且具有良好的导电性，能够实现快速的电子转移。此外其丰富的活性位点能够对含n中间体的快速加氢从而加快反应进程，这种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂是具备同时利用电子转移途径和吸附氢介导途径催化硝酸根转氨过程的能力。
2、本专利技术提供一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤s1：将泡沫镍分别在丙酮和乙醇中超声，并冲洗干净，最后干燥备用；
3、步骤s2：配制三水硝酸铜和仲钼酸铵混合水溶液作为金属电沉积溶液；
4、步骤s3：以饱和甘汞电极sce、铂片和泡沫镍分别为参比电极、对电极和工作电极，在配置好的电沉积溶液中，将沉积液中的cu2+和mo6+电还原为铜钼合金颗粒负载于泡沫镍上，即可得到所述泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂。
5、进一步，具体包括以下步骤：
6、步骤s1：将泡沫镍裁剪后，分别在丙酮和乙醇中超声，并用去离子水冲洗干净，最后在真空干燥箱中干燥备用；
7、步骤s2：配制摩尔浓度为0.05mol l-1的三水硝酸铜和0.05mol l-1的仲钼酸铵混合水溶液作为金属电沉积溶液；
8、步骤s3：以饱和甘汞电极sce、铂片和泡沫镍分别为参比电极、对电极和工作电极，在配置好的电沉积溶液中，通过循环伏安法将沉积液中的cu2+和mo6+电还原为铜钼合金颗粒负载于泡沫镍上，即可得到铜钼纳米晶合金硝酸根转氨催化剂。
9、进一步，步骤s3中所述电沉积过程中施加的电位区间为-2.15～-0.55vvs.sce，扫描速率是200mv s-1，循环圈数设定60圈，沉积容器为玻璃材质的h型两室沉积池。
10、本专利技术提供一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂，采用上述方法制备得到。
11、进一步，所述催化剂将硝酸根转氨时活性及稳定性高，法拉第效率达98.9％，氨产率为479.2μmol h-1cm-2。
12、本专利技术还提供一种上述一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂用于电催化硝酸根还原制氨的用途。
13、本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
14、1、本专利技术涉及的电沉积法制备过程简便、省时、高效，避免了常规制备硝酸根转氨催化剂涉及的高温热解、水热反应等复杂的过程。本专利技术选用廉价易得的三水硝酸铜、仲钼酸铵为金属前驱体盐，通过一步简单的电共沉积法即可得到高活性的泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金颗粒硝酸根转氨电催化剂，该方法具有大规模生产的潜力。
15、2、本专利技术针对cu基材料对活性氢吸附能力差的问题，选择对h自由基(·h)吸附能力强的过渡金属mo作为第二金属与cu合金化，调节催化剂的d带中心位置来改变关键中间体的吸附能，将具有高孔隙结构且同样对h原子吸附能力好的泡沫镍作为基底，采用循环伏安-电化学沉积法共沉积制备了具有快速加氢能力和高催化活性面积cu-mo纳米晶合金电催化剂，其高孔隙率能暴露更多的活性位点，从而有效加快反应的传质过程，并且凭借基底泡沫镍的良好导电性能够快速的实现电荷转移，而cu金属本身有利于促进*no3–的脱氧过程。因此，本专利技术开发的泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂做到了同时利用电子转移途径和吸附氢介导途径共同催化硝酸根转氨反应过程，有效抑制了析氢副反应的发生，表现出优异的硝酸盐还原合成氨活性及稳定性，法拉第效率高达98.9％，氨产率为479.2μmolh-1cm-2。
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1.一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将泡沫镍分别在丙酮和乙醇中超声，并冲洗干净，最后干燥备用；
2.如权利要求1所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述电沉积过程中施加的电位区间为-2.15～-0.55V vs.SCE，扫描速率是200mV s-1，循环圈数设定60圈，沉积容器为玻璃材质的H型两室沉积池。
4.一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述方法制备得到。
5.如权利要求4所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂，其特征在于，
6.一种如权利要求4或5所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂用于电催化硝酸根还原制氨。
【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：将泡沫镍分别在丙酮和乙醇中超声，并冲洗干净，最后干燥备用；
2.如权利要求1所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种泡沫镍负载的铜钼纳米晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述电沉积过程中施加的电位区间为-2.15～-...
【专利技术属性】
技术研发人员：高书燕，吴程城，葛炳成，黄金锐，张坤，刘旭坡，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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