铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极及其制备方法和应用

本公开属于纳米片电极领域，尤其涉及一种铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氨(nh3)是一种重要的工业化学品，用于药品，肥料的合成，也被认为是低碳能源技术的理想绿色无碳燃料。目前，nh3的工业合成严重依赖于非可持续和生态不友好haber-bosch法，需要消耗巨大能源和排放大量温室气体，并严重依赖化石能源。电化学硝酸盐还原氨氮最近受到了越来越多的关注，被认为是一种可持续的绿色合成氨技术。硝酸盐在自然界非常常见，广泛存在于工业废水和生活废水中。硝酸盐的富集也能引发严重的环境问题。另外，n＝o键的解离能相对比较低，为204kj mol-1,且硝酸盐的水溶性高。硝酸盐还原制氨反应在替代传统的haber-bosch工艺方面具有更大的潜力。

2、然而，电催化硝酸盐还原制氨是一个复杂的反应过程，涉及到8e-和9个质子的协同转移(no3-+8h2o+8e-→nh3+9oh-，e0＝0.69versus rhe)，导致动力学缓慢。此外，电催化硝酸盐制氨也涉及到多个竞争副反应和多个含氮的中间产物，导致目标产物氨氮的选择性低。析氢反应也是降低氨氮法拉第效率的一个重要副反应。因此，需要选择高活性和选择性的催化剂以实现将no3-高效还原为nh3。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，本公开提供了一种铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极及其制备方法和应用。

2、作为本公开的一个方面，提供了一种铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极制备方法，包括：

3、以泡沫金属铜为阳极，向阳极和阴极施加外加电压，使得泡沫金属铜进行原位氧化，得到氢氧化铜纳米线电极；将氢氧化铜纳米线电极放入重铬酸钾溶液中，进行水热反应，得到铬掺杂的氢氧化铜纳米片阵列电极；在保护气体氛围下对铬掺杂的氢氧化铜纳米片阵列电极进行煅烧，得到铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极。

4、作为本公开的另一个方面，提供了一种根据上述制备方法制得的铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极。

5、作为本公开的另一个方面，提供了一种使用上述制备方法制得的铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极催化硝酸盐还原制氨氮的方法。

6、根据本公开的实施例，本公开通过阳极氧化-水热生长-煅烧法制备得到的铬掺杂氧化亚铜阵列纳米片电极材料能够与泡沫铜金属基底牢固结合，并能够维持稳定的纳米片阵列结构，为电催化硝酸盐还原制氨氮反应提供更多的cu(i)活性位点，增强硝酸盐的吸附和活化，该制备方法工艺简单，易于重复，且制得的电极材料催化性能优越。

7、根据本公开的实施例，本公开制得的催化阵列电极电化学活性面积大，暴露更多可接触的高活性物种，缩短高活性物种与硝酸盐的接触时间，提高活性物种的利用效率，同时促进质量传递和电子转移；铬掺杂能调控氧化亚铜的电子状态，增强催化电极表面的电荷转移，同时还能稳定cu(i)活性物种，促进关键产物*no的吸附，提高催化电极对氨氮的选择性。

8、根据本公开的实施例，本公开选取两种非贵金属cr和cu作为催化剂，cu(i)金属在对硝酸盐还原有很好的促进作用，cr能很好的得到电子，稳定cu(i)，避免cu2o被过度还原成cu，造成硝酸盐还原性能的降低，因此本公开以泡沫铜金属电极作为载体和铜源，原位引入cr，有效的提高电极硝酸盐还原性能。

9、根据本公开的实施例，本公开在常温常压下，以水为质子源，硝酸根为氮源，利用电催化技术，能将硝氮还原成氨氮，其选择性可达80％以上，反应的电流密度可达300macm-2，在反应过程中电势稳定，氨氮产率和法拉第效率高，催化电极并未发生脱落、损坏和腐蚀的情况。

技术特征：

1.一种铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

8.一种根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极。

9.一种使用权利要求8所述的铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极催化硝酸盐还原制氨氮的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

技术总结本公开提供了一种铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极的制备方法，包括：以泡沫金属铜为阳极，向阳极和阴极施加外加电压，使得泡沫金属铜进行原位氧化，得到氢氧化铜纳米线电极；将氢氧化铜纳米线电极放入重铬酸钾溶液中，进行水热反应，得到铬掺杂的氢氧化铜纳米片阵列电极；在保护气体氛围下对铬掺杂的氢氧化铜纳米片阵列电极进行煅烧，得到铬掺杂氧化亚铜纳米片阵列电极。本公开还提供了利用阳极氧化‑水热生长‑煅烧法制备的纳米片阵列电极并将其应用到水中硝酸盐电还原制氨氮，制备的纳米片阵列电极与传统电极相比，稳定性高，反应活性好，效率快。技术研发人员：俞文正,张凯,赵津津,田隆受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心技术研发日：技术公布日：2024/5/29