Cu-TiO2-x电催化材料的制备方法及其应用

本发明属于电催化材料领域，特别涉及一种cu-tio2-x电催化材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、硝酸盐阴离子(no3-)广泛存在于工农业废水中，对人类健康和生态平衡构成真实的潜在威胁，尤其是其不完全转化为亚硝酸盐(no2-)时，亚硝酸盐被认为是致癌物质，可引起肝损伤和高铁血红蛋白血症。将no3-转化为氮气(n2)的传统生物处理，包括硝化和反硝化过程，是能源密集型(～11.7至12.5kwh kgn-1)的反应。实际上，从工业的角度来看，将no3-还原为nh3已经引起了极大的兴趣，因为nh3是用于合成药物、肥料、染料、塑料等非常重要的工业化学品，并且也被认为是用于氢的储存/释放的无碳氢载体。迄今为止，nh3的工业合成严重依赖于不可持续和生态不友好的haber-bosch路线，其需要苛刻的条件，即，高温(400-600℃)和高压(200-350atm)，严重依赖化石能源。haber-bosch工艺产生的二氧化碳总量约占全球二氧化碳年排放量的1.2％，超过任何其他工业化学品合成。

2、由绿色能源提供动力的电催化还原no3-为nh3的技术受到越来越多的关注，并被认为是haber-bosch过程的可持续补充过程。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种催化效率高，选择性高，性能稳定的cu-tio2-x电催化材料的制备方法。

2、本发明采用的技术方案是：cu-tio2-x电催化材料的制备方法，包括如下步骤：

3、1)将二氧化钛纳米片分散于去离子水中，向其中加入铜盐，室温下搅拌1～2h，离心，洗涤，干燥，得到cu-tio2；

4、2)将步骤1)所得cu-tio2在氢气还原炉中，200℃下还原2～3h，得到cu-tio2-x。

5、优选的，所述二氧化钛纳米片的制备方法包括如下步骤：搅拌下，将氢氟酸逐滴缓慢加入到钛酸四丁酯溶液中，滴加结束后，混合搅拌4～5h，至溶液呈胶体状后移入反应釜中，在180℃下水热反应35～37h，所得白色沉淀在0.1m的氢氧化钠溶液中搅拌8～9h后，离心，用去离子水和无水乙醇洗涤，在60℃下过夜干燥，得到二氧化钛纳米片。

6、优选的，所述氢氟酸的浓度为40％。

7、优选的，所述铜盐为乙酸铜。

8、优选的，所述铜盐的加入量为二氧化钛纳米片质量的2％～12％。

9、本发明提供的cu-tio2-x电催化材料在电催化硝酸盐还原合成氨中的应用。

10、优选的，方法如下：采用h型电解池和三电极工作系统，以0.5m k2so4为电解液，阴极室和阳极室分别注入电解液，并在阴极室中加入硝酸盐；以滴加cu-tio2-x电催化材料的碳纸为工作电极，铂网为对电极，ag/agcl为参比电极。

11、优选的，线性扫描伏安的扫描速率为0.05vs-1。

12、本发明的有益效果是：本发明采用绿色、简易的浸渍法制备二氧化钛负载零价铜催化剂。本发明提供的cu-tio2-x电催化材料催化效率高，选择性高，性能稳定。在-1.6vvs.ag/agcl电压下，0.1m kno3中，连续电解1小时，对氨的法拉第效率达到92.1％，产率为1186umol mgcat h-1。

技术特征：

1.cu-tio2-x电催化材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛纳米片的制备方法包括如下步骤：搅拌下，将氢氟酸逐滴缓慢加入到钛酸四丁酯溶液中，滴加结束后，混合搅拌4～5h，至溶液呈胶体状后移入反应釜中，在180℃下水热反应35～37h，所得白色沉淀在0.1m的氢氧化钠溶液中搅拌8～9h后，离心，用去离子水和无水乙醇洗涤，在60℃下过夜干燥，得到二氧化钛纳米片。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为40％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐为乙酸铜。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐的加入量为二氧化钛纳米片质量的2％～12％。

6.根据权利要求1所述的方法制备的cu-tio2-x电催化材料在电催化硝酸盐还原合成氨中的应用。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，方法如下：采用h型电解池和三电极工作系统，以0.5m k2so4为电解液，阴极室和阳极室分别注入电解液，并在阴极室中加入硝酸盐；以滴加cu-tio2-x电催化材料的碳纸为工作电极，铂网为对电极，ag/agcl为参比电极。

8.根据权利要求7所述应用，其特征在于，线性扫描伏安的扫描速率为0.05vs-1。

技术总结本发明公开一种Cu‑TiO2‑x电催化材料的制备方法及其应用。本发明首先将氢氟酸逐滴加入搅拌中的钛酸四丁酯，混合搅拌4h，待形成胶体状，移入反应釜中，水热36小时后在氢氧化钠溶液中搅拌洗涤8h，离心，洗涤，干燥。将得到的二氧化钛与乙酸铜在去离子水中搅拌，离心，洗涤，干燥后，在氢气氛围下，200℃还原2h，最终得到二氧化钛纳米片负载铜催化剂。本发明得到的催化剂在电催化硝酸盐还原中具有较好的催化效率。在‑1.6V vs.Ag/AgCl电压下，0.1M KNO3中，连续电解1小时，对氨的法拉第效率达到92.1％，产率为1186umol mgcat h‑1。技术研发人员：姜毅,刘宇欣,夏立新受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6