非贵金属催化剂的制备及其电催化合成氨性能研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YOYO654321
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
氨(NH3)作为一种常见的化学品,被广泛地用于工业、农业、医药业等行业,在全球经济发展中有不可替代的作用。此外,它作为一种方便运输的氢载体,具有高液化温度和低液压,是极具应用潜力的能源载体。传统的Haber-Bosch法要在高温高压的条件下合成,还会产生大量的二氧化碳,对环境极不友好。在这样的背景下,开发新的无污染、效率高的制氨工艺,成为全球科研人员的共识。电催化法由于条件温和、节能环保等优点成为重要的研究方向,常见的电催化合成氨主要包括以下两个途径:电催化氮气还原(NRR)反应和电催化硝酸盐还原(NitRR)反应。NRR反应能在常温常压下,将N2与H2O转化生成NH3,具有操作简便、环境友好等优势,所需电能可以通过风能、太阳能等可再生能源转换获得。NitRR反应以NO3-为氮源,在催化剂的作用下能够可控地合成氨。该反应可以利用废水中的硝酸盐作为原料,不但能够在常温常压下获得NH3,同时有望解决硝酸盐污染问题。但同时,NRR和NitRR的反应机理复杂,存在氨产率低、选择性差等缺点,研究低成本、高转化率的催化剂是突破难点的关键所在。其中,贵金属催化剂虽然性能突出,但储量有限、价格昂贵的缺点极大地限制了其进一步发展,而非贵金属催化剂由于价格低廉且储量丰富成为重要的研究方向。综上所述,本工作旨在设计出性能优异、经济实用的非贵金属催化剂用于电催化法合成氨(NRR/NitRR)反应,主要包括以下两个内容:(1)使用简单的湿化学法,制备了颗粒很小(5.9nm)、分布均匀的锡(Sn)纳米粒子负载在炭黑上(Sn SC/C)用于NRR反应。由于加入适量的柠檬酸钠,C6H5O73-覆盖了小的Sn纳米颗粒,能够减缓金属颗粒的生长速度,并且防止小纳米颗粒聚集成大纳米颗粒,所以Sn纳米颗粒尺寸很小。Sn SC/C中超小的金属尺寸具有更大的比表面积和更多的活性位点,同时具有更好的导电性,能够高效地催化NRR反应的发生。在-0.4V(vs RHE)时,最高的氨产率能够达到17.28μg h-1mg-1,对应的法拉第效率(FE)为14.87%;在-0.2V(vs RHE)时,FE为22.76%,对应的氨产率为13.87μg h-1mg-1。同时,通过循环实验和透射电镜表征也表明,Sn SC/C催化剂的稳定性良好。(2)使用简单的湿化学法,制备了颗粒很小(2.3nm)、分布均匀的Cu Mo/C催化剂用于Nti RR反应。由于金属间的相互作用促进了电子的转移、降低了反应势垒,提高了对活性物质的利用率,因此能够高效催化NitRR反应的发生。在不同金属比例的Cu Mo/C催化剂中,Cu4Mo6/C表现最为突出,在-1.1V(vs RHE)时,氨产率为3283.36μg h-1mg-1,对应的FE为41.20%;在-1.0V(vs RHE),氨产率为2525.70μg h-1mg-1,对应的FE为56.45%。在-1.0V(vs RHE)电压下,连续进行10次NitRR反应后,氨产率和FE都没有明显的变化,表现出良好的稳定性。
其他文献
新世纪以来,从“贸易竞争”到“科技竞争”,科技创新对于国家发展至关重要,国际科技合作是推动创新体系国际化不可或缺的关键环节。本文基于全球国际科技合作这一研究主题,以inco Pat全球专利数据库中国际科技合作专利为研究对象,构建国际科技合作网络,运用专利计量、社会网络及可视化分析等方法全面系统地对全球参与国际科技合作形成的合作网络从网络规模、网络密度、聚类系数、平均最短路径和中心性等指标分析,以探
学位
基于数据驱动的研究范式已经广泛应用于材料领域,其都得益于人工智能算法快速发展以及材料理论计算和实验表征方法数据的积累。这一新的研发范式推进材料研究向材料信息学方向发展。传统设计和表征新材料通常采用理论模拟和实验相结合的方式,这种研究模式需要较长研发周期且搜索材料空间有限。材料信息学方法基于积累的大量材料实验和理论数据,再通过机器学习算法挖掘材料结构与性质间潜在的映射关系,实现逆向指导实验和理论设计
学位
众所周知,人们常采用高温、高压和使用化学添加剂等处理方法,以防止食物中的微生物尤其是细菌的感染和滋生,但是这些传统的杀菌方式会催生耐药性,同时容易导致食物外形破坏、营养物质严重流失等后果,因此急需开发出一种高效、环保同时操作方便的新型杀菌技术。近年来,光动力杀菌技术因具有杀菌效率高、副作用小等优点而被广泛运用于病原性细菌的杀灭,尤其是针对食源性细菌,光动力杀菌需要合适的光敏剂以及特定的激发波长,然
学位
煤气化渣是煤化工企业在生产过程中产生的固体废弃物,排放量巨大。目前煤气化渣的处理方式主要是填埋,不仅浪费了大量的土地资源,同时给环境也带来了严重污染,成为了煤化工企业的发展瓶颈和技术难题。因此,针对煤气化渣的资源化利用研究迫在眉睫。填料是高分子树脂制品中常用的组成材料之一,通过添加特定的填料,既可以使高分子树脂增强增韧,又能节约树脂、降低成本。目前常用树脂填料如碳酸钙、高岭石、滑石等大多为矿物型填
学位
全球经济服务化逐渐成为发展主流,国际投资者的重心逐渐转向新兴服务行业。目前,我国处于加快经济转型升级,构建新发展格局的重要时刻,国家高度重视服务贸易创新,国务院于2016年同意在天津、上海等省市(区域)开展为期两年的服务贸易创新发展试点,意在大力发展服务贸易。本文研究的意义就在于我国服务贸易当前处于飞速发展的阶段,而国内国际投资环境愈发复杂,服务业在吸引外资时面临着种种机遇和挑战,因此迫切要求国内
学位
被疫情笼罩的2020年,全球经济停滞,各行业受到了不同程度的重创,但依托于互联网的行业却迎来黄金发展时期,其中金融科技行业凭借着其特殊的服务模式而发展迅猛。作为金融科技渗透率最高的美国市场,在这一特殊时期,移动证券行业发展势头最为强劲,其中包括不少中国跨国移动证券企业开始崭露头角。过于活跃的市场表现不可避免地导致了移动证券服务商的竞争。随着可供用户选择的平台增加,移动证券平台的用户由积极使用转向消
学位
随着全球信息化浪潮推进,信息技术和信息资源已成为各国经济发展的主要推动力。2015年5月19日,国务院印发《中国制造2025》要求加快制造业转型升级,迈向世界制造强国。我国手机产业抓住全球IT产业分工和跨国转移的机遇,发挥自身比较优势,实现从新兴产业到国民经济重要产业的跨越。而中国多年形成的对外贸易关系,与各国间构成相互联系的贸易网络,蕴藏巨大的市场潜力。目前,学者们对全球手机产业贸易网络的研究不
学位
党的十九大报告中指出:“创新是引领发展的第一动力,要瞄准世界科技前沿,实现引领性原创成果重大突破。”医疗行业作为关乎民生的支柱性产业,是培育发展战略性创新产业的重点领域,我国在“十一五”、“十二五”、“十三五”和“十四五”规划中,都明确地提出了要加快推动医疗行业的发展,其发展水平是国家综合实力的重要体现,支持医疗行业发展已经上升为国家战略。我国人口基数庞大、老龄化日益加深,已成为世界第二大药品市场
学位
这些年来,由于人们对传统能源的依赖程度日渐加剧,导致全球能源储量的急速消减,造成了一系列的环境问题,因此开发高效的清洁能源是当今发展的迫切需要。氢气由于自身重量轻易储存、绿色环保、储量丰富,成为清洁能源领域备受关注的焦点。电解水工艺是一种绿色产氢的技术手段,主要通过析氧反应(OER)和析氢反应(HER)将水分解为O2和H2,极具发展前景。钌/铱和铂系催化剂是电催化领域中性能优异的OER、HER催化
学位
“一带一路”倡议的提出为我国发展创造了新机遇,拓宽了我国的国际市场,对我国提高经济开放水平、协调区域发展具有重要作用。2013年“一带一路”倡议提出后,国内沿线18个省份积极响应,在国家政策的框架下制定本省的对接政策文件,相继推出基础设施、贸易金融和人文交流等方面的工作指导,融入“一带一路”的建设中。受国家层面政策的框架影响,各省市发布的政策存在相似性,但又因为各省的经济水平和区位优势不同,各省在
学位