一种NC电催化剂材料及其应用

本发明属于电催化转化氮氧化物，具体涉及一种nc电催化剂材料及其应用。

背景技术：

1、由可再生电力驱动的电化学还原硝酸盐（eno3rr）为减少硝酸盐浓度提供了一种可持续的途径，可以在温和的温度和压力下将硝酸盐转化为具有高附加值的产品。尽管硝酸盐的还原动力学过程较快，但是要高效转化硝酸盐，需要高活性的电催化剂。一般条件下，eno3rr常用的催化剂都是金属基催化剂，研究者们一直致力于调节eno3rr的金属基催化剂的电子和几何结构。尽管ru、 pt、cu、fe及其合金和单原子催化剂对eno3rr表现出高活性，但这些金属基催化剂都存在不可避免的问题，包括高成本、低选择性、耐久性不足等，以及重金属离子浸出会引起环境污染问题。

2、非金属碳基材料由于其高熔点、高硬度、高耐腐蚀性和类金属特性，以及其对硝酸盐的优异电催化还原效率，引起广泛的研究，例如掺硼金刚石、活性炭、木炭、碳纸等。在过去的几年里，不含金属的杂原子掺杂碳材料作为高活性和多用途的电催化剂被广泛研究，用于析氢反应（her）、析氧反应（oer）、氧还原反应（orr）和二氧化碳还原反应（eco2rr）等。其中，氮掺杂的碳催化剂由于其高活性而被最广泛地研究。然而，很少有工作报道氮掺杂碳催化剂对eno3rr的基本催化行为。特别地，除了其非常复杂的机理之外，eno3rr通常在水溶液中遭受来自her的竞争。此外，对各种n物种（吡咯n、石墨n、吡啶n和吡啶n-氧化物部分）对no3rr和her的催化活性的影响的全面解释仍不清楚。因此，开发成本低、活性高的氮碳材料用于促进eno3rr催化性能对于解决环境问题具有重要的理论和实践意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种nc电催化剂材料及其应用。

2、本发明的第一个方面提供了一种nc电催化剂材料，其制备方法包括以下步骤：

3、（1）取三元乙丙橡胶在n2气氛下煅烧，得到的材料研磨成粉末，按照配比加入尿素混匀；

4、（2）步骤（1）得到的混合粉末在n2气氛下煅烧，得到nc电催化剂材料。

5、优选的，所述三元乙丙橡胶与尿素的质量比为4-6：1。

6、优选的，所述三元乙丙橡胶与尿素的质量比为5：1。

7、优选的，步骤（1）中，在300-500℃下煅烧1-3 h。

8、优选的，步骤（2）中，在600-1000℃下煅烧1-3 h。

9、本发明的第二个方面是提供一种如上所述的nc电催化剂材料在制备电催化电极中的应用。

10、优选的，所述电催化电极用于还原硝酸盐。

11、优选的，所述电催化电极的制备方法包括如下步骤：称取nc电催化剂材料，加入异丙醇、碳纳米管溶液和nafion得到催化剂浆液；在碳纸上均匀涂覆催化剂浆液，催化剂的负载量为0.2-0.4 mg∙cm-2。

12、本发明的有益效果如下：本发明提供一种非金属nc电极，其制备过程简单，材料性能优异。不同含n比例的材料中有不同含量的吡啶n，由于吡啶n的高活性，导致对硝酸盐具有优异的反应性，在50 ma∙cm-2至500 ma∙cm-2时，氨的选择性仍然保持在90%以上。50 ma∙cm-2至900 ma∙cm-2的宽电流窗口内进行测试。而且能够在在由于c的稳定性，20% nc在200ma∙cm-2实现了525 h的连续测试，且fenh3>90%。简单合成方法得到的高性能的不含金属的催化剂，有效地避免了金属材料的使用，降低成本，提高了eno3rr性能，未来在电催化no3rr中具有巨大的应用潜力。

技术特征：

1.一种nc电催化剂材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种nc电催化剂材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶与尿素的质量比为 4-6 ：1。

3.根据权利要求1所述的一种nc电催化剂材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶与尿素的质量比为 5 ：1。

4.根据权利要求1所述的一种nc电催化剂材料，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种nc电催化剂材料，其特征在于：

6.如权利要求1-5任一项所述的nc电催化剂材料在制备电催化电极中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述电催化电极用于还原硝酸盐。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述电催化电极的制备方法包括如下步骤：称取nc电催化剂材料，加入异丙醇、碳纳米管溶液和nafion得到催化剂浆液；在碳纸上均匀涂覆催化剂浆液，催化剂的负载量为0.2-0.4 mg∙cm-2。

技术总结本发明具体涉及一种NC电催化剂材料及其应用，其制备方法包括以下步骤：（1）取三元乙丙橡胶在N<subgt;2</subgt;气氛下煅烧，得到的材料研磨成粉末，按照配比加入尿素混匀；（2）步骤（1）得到的混合粉末在N<subgt;2</subgt;气氛下煅烧，得到NC电催化剂材料。本发明提供了一种非金属NC电极，其制备过程简单，材料性能优异。不同含N比例的材料中有不同含量的吡啶N，由于吡啶N的高活性，导致对硝酸盐具有优异的反应活性，由于C的稳定性，最终这个材料实现了超长的稳定性。技术研发人员：王舜,金辉乐,吕晶晶,孟格,王正军,王昕,陈忠伟,熊莎,朱绍均受保护的技术使用者：温州大学新材料与产业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/16