一种纳米片催化剂及其制备方法与应用与流程

本发明属于电催化合成氨领域，特别涉及一种纳米片催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电催化合成氨具有制备条件温和，易于操作等优点受到的关注越来越多。而电催化亚硝酸盐合成氨产率相对较高，而且是一种变废为宝消除水污染的方法。然而，此过程涉及到复杂的六电子转移过程。因此，电催化亚硝酸盐需要高效的电催化剂来进行。

2、目前，镍钴硫化物在电催化以及电化学储能领域表现出良好的性能，然而，镍钴硫化物的制备方法耗能大，步骤繁琐，温度条件高，难以实际应用。

3、因此，如何简化镍钴硫化物的制备过程以及制备出能够提高催化活性的催化剂是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纳米片催化剂及其制备方法和应用。本发明所述制备方法只需要一步电沉积即可完成纳米片催化剂的制备，过程非常简单便捷。本发明所述纳米片催化剂含有丰富的钯金属颗粒，其电催化亚硝酸盐合成氨活性显著高于未负载催化剂的裸泡沫镍基底。

2、本发明的第一方面提供一种纳米片催化剂。

3、具体的，一种纳米片催化剂，包括镍钴硫化物纳米片和负载在所述镍钴硫化物纳米片上的钯金属颗粒。

4、优选的，所述钯金属颗粒占比所述纳米片催化剂总重量的0.1-1％。

5、优选的，所述镍钴硫化物纳米片的组成为nixco1-xs，其中0.1≤x≤0.5。

6、优选的，所述纳米片催化剂具有二维纳米片状结构。

7、本发明的第二方面提供一种纳米片催化剂的制备方法。

8、具体的，一种纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、取基底；

10、s2、将镍源、钴源、钯源以及硫源、溶剂进行混合，得到电解液；将所述电解液和基底转移到三电极体系；

11、s3、在恒电位下进行电沉积，得到所述纳米片催化剂。

12、优选的，步骤s1中，所述基底为泡沫镍。

13、优选的，步骤s2中，所述镍源和所述钴源的质量比为1:(1-11)，进一步优选为1:(1-10)。

14、优选的，步骤s2中，所述钯源和所述镍源的质量比为1:(40-160)，进一步优选为1:(50-150)。

15、优选的，步骤s2中，所述硫源和所述镍源的质量比为1:(1-11)，进一步优选为1:(1-10)。

16、优选的，步骤s2中，所述镍源包括六水合硝酸镍、六水合氯化镍中的至少一种。

17、优选的，步骤s2中，所述钴源包括六水合硝酸钴、六水合氯化钴中至少一种。

18、进一步优选的，所述镍源为六水合硝酸镍；所述钴源为六水合硝酸钴。当所述镍源为六水合硝酸镍；所述钴源为六水合硝酸钴，制得的催化剂效果显著提升。

19、优选的，步骤s2中，所述钯源包括四氯钯酸钠、氯化钯中至少一种。

20、优选的，步骤s2中，所述硫源包括九水合硫化钠、硫脲中至少一种。

21、优选的，步骤s3中，所述电沉积用到的恒电位为-2.2至0v，进一步优选为-2至0v。

22、优选的，步骤s3中，所述电沉积的时间为1-65min，进一步优选为1-60min，更优选的，所述电沉积的时间为12-15min。

23、优选的，一种纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：

24、s1、将泡沫镍清洗干净，以便为电沉积催化剂提供基底；

25、s2、将镍源、钴源、钯源以及硫源按比例进行混合得到电解液；将所述电解液和泡沫镍一起转移到三电极体系；

26、s3、在恒电位下电沉积一定的时间得到所述纳米片催化剂。

27、本发明的第三方面提供一种纳米片催化剂的应用。

28、本发明所述纳米片催化剂在电催化亚硝酸盐合成氨反应中的应用。

29、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

30、(1)本发明所述纳米片催化剂，包括镍钴硫化物纳米片和负载在所述镍钴硫化物纳米片上的钯金属颗粒。本发明所述纳米片催化剂的电催化亚硝酸盐合成氨性能活泼，其催化活性显著高于不加催化剂的裸泡沫镍基底。

31、(2)本发明通过一步电沉积法将镍源、钴源、钯源以及硫源进行混合到电解液中制得负载钯的镍钴硫化物纳米片催化剂，在强大的还原电位下可以将贵金属轻易的还原，这不仅可以减少贵金属钯的用量，同时还可以同步将镍源钴源合成纳米片形状的镍钴硫化物，增加催化剂的反应活性位点，提高催化活性。

32、(3)本发明的制备方法简单便捷，条件可控，效率高，贵金属利用率高，成本低，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种纳米片催化剂，其特征在于，包括镍钴硫化物纳米片和负载在所述镍钴硫化物纳米片上的钯金属颗粒。

2.根据权利要求1所述的纳米片催化剂，其特征在于，所述钯金属颗粒占比所述纳米片催化剂总重量的0.1-1％。

3.根据权利要求1所述的纳米片催化剂，其特征在于，所述镍钴硫化物纳米片的组成为nixco1-xs，其中0.1≤x≤0.5。

4.权利要求1-3任一项所述的纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述基底为泡沫镍。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述镍源和所述钴源的质量比为1:(1-11)；和/或，所述钯源和所述镍源的质量比为1:(40-160)；和/或，所述硫源和所述镍源的质量比为1:(1-11)。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述镍源包括六水合硝酸镍、六水合氯化镍中的至少一种；和/或，所述钴源包括六水合硝酸钴、六水合氯化钴中至少一种；和/或，所述钯源包括四氯钯酸钠、氯化钯中至少一种；和/或，所述硫源包括九水合硫化钠、硫脲中至少一种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述电沉积用到的恒电位为-2.2至0v；和/或，所述电沉积的时间为1-65min。

9.权利要求1-3任一项所述的纳米片催化剂在电催化亚硝酸盐合成氨反应中的应用。

技术总结本发明属于电催化合成氨领域，公开了一种纳米片催化剂及其制备方法和应用。该纳米片催化剂包括镍钴硫化物纳米片和负载在镍钴硫化物纳米片上的钯金属颗粒。本发明的纳米片催化剂的电催化亚硝酸盐合成氨性能活泼，其催化活性显著高于不加催化剂的裸泡沫镍基底。技术研发人员：张信义,王姚光,黎先哲,於鑫,赵志亮受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室技术研发日：技术公布日：2024/4/22