【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于电极材料制备和电催化应用，具体涉及一种过渡金属异质结电极材料。
技术介绍
1、活性氮是作物生长和粮食生产的关键营养物质，但过量活性氮输入陆地和淡水生态系统中会造成水环境污染(例如硝酸盐、铵)和空气污染(氨、氮氧化物)，以及全球变暖和平流层臭氧消耗(n2o)，最终通过大气输送，沉降，地表径流等形式汇集在水环境中。水体中含氮化合物通常以硝酸盐(no3-)、亚硝酸盐(no2-)和铵离子(nh4+)的形式存在；其中，硝酸盐是活性氮最易被氧化和最稳定的形态，具有高迁移率和水溶性，且易于储存。硝酸盐污染已经成了十分严重的环境问题，含硝态(硝酸根、亚硝酸根)废弃物的处理问题也迫在眉睫。
2、氨(nh3)是重要的工业化学品，主要用于制造氮肥和复混肥，也被用作生物燃料和制冷剂。目前氨主要由haber-bosch技术生产。该放热过程由铁基催化剂在高温(400-500℃)和高压(10-30mpa)下催化。但是该合成路线需要高温高压，条件苛刻，能耗高。
3、电催化硝酸还原反应(no3rr)在常温常压下产生氨的技术快速发展，尽管硝酸盐阴离子在n＝o键断裂过程中表现出高溶解度和低解离能(204kj mol-1)，但硝酸盐电还原获得高收率和选择性的氨仍然存在许多困难，如硝酸盐的高还原电位和低结合亲和力。硝酸的还原需要将金属位的电子有效地注入硝酸盐的最低未占据分子轨道(lumo)中。因此，硝酸盐还原的活性和选择性受到中间体在金属上的键合能力的限制。在传统的金属催化剂(co,cu,rh,pd,pt,ag au和fe
4、因此，有必要开发出新的催化材料，一方面能够温和条件下的电催化硝酸盐还原制备氨气，另一方面避免使用稀有贵金属。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本专利技术利用两步法在温和条件下实现了金属电极材料的制备，首先以熔盐法将过渡金属盐负载在基底电极上，然后通过电化学原位还原法得到过渡金属合金电极材料应用于中性条件下电催化还原硝酸盐制备氨，整个过程无需大型专用设备，反应条件温和，易于实现工业化生产。
2、本专利技术的目的是提供一种f掺杂cuco过渡金属异质结电极材料及其制备方法与应用。
3、本专利技术的第一个目的是提供一种f掺杂cuco异质结电极材料，所述f掺杂cuco异质结电极材料呈现纳米棒和纳米线均匀穿插的特征；其中cu呈现纳米片形状，co呈现纳米线的形状；
4、所述cuco异质结电极材料中co负载量为7.7％-22.9％，cu负载量为65.6％-53.3％，f掺杂量为：0.2％-0.6％。
5、在一种优选的实施方式中，所述cuco异质结电极材料中co负载量为7.7％，cu负载量为65.6％，f掺杂量为：0.2％。
6、在一些实施方式中，该材料旨在实现低能耗电催化制氨，同时达到高的产率和法拉利效率。
7、本专利技术的第二个目的是所述f掺杂cuco异质结电极材料的制备方法，包括以下步骤：
8、s1.提供导电基底，将铜盐加热到熔融状态，将所述导电基底浸入熔盐中，反应后得到前驱体材料；s2.将步骤s1制得的前驱体与钴源和氟化物、尿素在水热条件下反应，随后对水热产物煅烧，即可制备出f掺杂cuco异质结电极材料。
9、进一步地，步骤s1中，所述铜盐为熔点不超过160℃的铜盐；优选为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的至少一种。
10、进一步地，所述钴源包括但不限于钴的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐。
11、进一步地，所述导电基底选自钛箔、不锈钢、泡沫铜、泡沫镍、镍毡、铜毡、碳纸中的至少一种；
12、所述导电基底优选为泡沫镍；在一些实施方式中，使用长为2cm，宽为2cm的泡沫镍。
13、在一些实施方式中，所述的氟化物为氟化铵、氟化锂、氟化钠、氟化钾中的至少一种。
14、在一些实施方式中，步骤s1中，将铜盐加热到熔融状态后120～140℃保温反应；反应时间为0.5～3h；反应时间优选0.5～1h。
15、在一些实施方式中，铜盐与钴盐的摩尔比为0.1～3.0；
16、在一些实施方式中，步骤s2中，钴盐与氟化物摩尔比为0.5～10.0。
17、在一些实施方式中，步骤s2中，水热反应温度为120～200℃，反应时间≥0.5h；水热反应ph为6-7；在一些优选的实施方式中，通过尿素或氨水调节ph为6-7。
18、在一些实施方式中，煅烧温度为200～500℃,煅烧时间≥1h。
19、在一种优选的实施方式中，将cu(no3)2研磨均匀后加热，使金属盐呈熔融状态，然后将基底电极-泡沫镍放置于熔盐中，反应一段时间；取出泡沫镍冷却至室温，清洗、干燥后，将获得前驱体置于不同比例的钴盐、氟化物中，水热，煅烧，即可得到附着在基底电极表面的过渡金属异质结电极材料。
20、本专利技术的第三个目的是所述f掺杂cuco异质结电极材料的应用，应用在含硝态废水处理、药物中间体的合成领域、电催化有机硝基苯及衍生物还原为胺类领域与新能源转换与器件领域。
21、在本专利技术的一些实施方式中，该材料作为阴极催化剂，应用于含硝态废水处理时，所述废水包括但不限于含硝酸根和亚硝酸根的废水。
22、在一些优选的实施方式中，应用体系为三电极体系，采用h型电解池，包括阳极区、阴极区、隔膜、三电极和电解质溶液；所述三电极体系包括工作电极、对电极、参比电极；所述f掺杂cuco异质结电极材料设置在工作电极；施加电压范围为-0.2v～-0.6v。通电之后将硝态氮催化还原为氨。
23、优选地，所述三电极为铂片为对电极、催化剂为工作电极以及hgo/hg参比电极。
24、在一些实施方式中，所述电解质为中性，优选磷酸钾缓冲溶液，其浓度在0.1m～1.0m。
25、优选地，所述电解质溶液为0.1m磷酸钾缓冲溶液和0.1m硝酸钠溶液，施加电压范围为-0.25～-0.55v(对可逆氢电极)。
26、在一些优选的实施方式中，阳极区和阴极区采用质子交换膜隔开。
27、本专利技术产生的有益效果至少包括：
28、(1)本申请提供了一种f-doped cuco过渡金属异质结电极材料，该材料呈现纳米棒和纳米线均匀穿插的特征；其中cu呈现纳米片形状，co呈现纳米线的形状；在污水处理、在低电压条件下制备氨以及新能源领域领域具有优异的性能。
29、(2)本申请还提供了上述电极材料的制备方法，该方法制备工艺过程简单，产率高，环境污染小，原料价格低廉，生产成本低，条件温和有利于实现大规模工业化生产。
30、(3)本申请提供了的过渡金属异质结电极材料在在污水处理、电解水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种F掺杂CuCo异质结电极材料，其特征在于，所述F掺杂CuCo异质结电极材料呈现纳米棒和纳米线均匀穿插的特征；其中Cu呈现纳米片形状，Co呈现纳米线的形状；
2.根据权利要求1所述的F掺杂CuCo异质结电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的F掺杂CuCo异质结电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铜盐为熔点低于160℃的铜盐；优选为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的至少一种；
4.根据权利要求2所述的F掺杂CuCo异质结电极材料的制备方法，其特征在于，所述导电基底选自钛箔、不锈钢、泡沫铜、泡沫镍、镍毡、铜毡、碳纸中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的F掺杂CuCo异质结电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将铜盐加热到熔融状态后120～140℃保温反应；反应时间为0.5～1h。
6.根据权利要求2所述的F掺杂CuCo异质结电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，钴盐与氟化物摩尔比为0.5～10.0。
7.根据权利要求2所述的F掺杂C
8.权利要求1-7中任一项所述F掺杂CuCo异质结电极材料的应用，其特征在于，应用在含硝态废水处理、药物中间体的合成领域、电催化有机硝基苯及衍生物还原为胺类领域与新能源转换与器件领域。
9.根据权利要求8所述F掺杂CuCo异质结电极材料的应用，其特征在于，该材料作为阴极催化剂，应用于含硝态废水处理时，所述废水包括但不限于含硝酸根和亚硝酸根的废水。
10.根据权利要求9所述F掺杂CuCo异质结电极材料的应用，其特征在于，应用体系为三电极体系，采用H型电解池，包括阳极区、阴极区、隔膜、三电极和电解质溶液；所述三电极体系包括工作电极、对电极、参比电极；所述F掺杂CuCo异质结电极材料设置在工作电极；施加电压范围为-0.2V～-0.6V。
...【技术特征摘要】
1.一种f掺杂cuco异质结电极材料，其特征在于，所述f掺杂cuco异质结电极材料呈现纳米棒和纳米线均匀穿插的特征；其中cu呈现纳米片形状，co呈现纳米线的形状；
2.根据权利要求1所述的f掺杂cuco异质结电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的f掺杂cuco异质结电极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述铜盐为熔点低于160℃的铜盐；优选为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的至少一种；
4.根据权利要求2所述的f掺杂cuco异质结电极材料的制备方法，其特征在于，所述导电基底选自钛箔、不锈钢、泡沫铜、泡沫镍、镍毡、铜毡、碳纸中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的f掺杂cuco异质结电极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，将铜盐加热到熔融状态后120～140℃保温反应；反应时间为0.5～1h。
6.根据权利要求2所述的f掺杂cuc...
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