一种镍钴基化合物催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及电催化，尤其涉及一种镍钴基化合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着世界人口和经济的快速增长，氨作为一种基础的化学原料，其工业需求量与日俱增，已成为世界上产量第二高的化学品。作为氨的主要来源之一，自然环境中氮含量非常丰富。然而，由于n≡n键断裂能约为941kj·mol-1，使氨合成极其困难。20世纪前，在自然界中主要靠固氮酶进行生物固氮。到20世纪初，氨主要通过传统的haber-bosch法生产，这个方法需要利用铁基催化剂在高温和高压下进行人工固氮，能耗高且co2排放量大。随着化石燃料的日益减少和环境污染的愈发严重，开发新的可持续的合成氨工艺具有重要的理论价值和现实意义。直到20世纪末，光催化和电催化产氨技术出现了，电催化氮还原反应(enrr)是替代传统h-b工艺的可行性路径中最具发展潜力的工艺，具有节能低耗、绿色环保的特点，水替代氢气作为氢源，减少了化石燃料的使用，原料无毒无害、来源广泛；可通过调节工作电位来打破反应的热力学限制，能够有效克服传统工艺的弊端。

2、电催化nrr的实际研究中主要存在以下三个问题：第一，在氮还原反应过程中，n≡n的结合能极高，导致n2分子在最初的加氢活化反应中难以进行；b)在水溶液中，析氢电位和氮还原电位十分接近。而且nrr需要6电子参与反应，相互竞争的析氢反应(her)只需要2个电子参与就能反应，所以竞争的her更容易发生，这严重限制了氮还原合成氨的效率。第三，在环境条件下，氮的溶解度非常低，水相体系中n2分子在催化剂表面的吸附和活化都极其艰难。基于以上三个问题，电催化氮还原反应面临的主要挑战在于催化剂的催化活性较低，选择性较差，导致其氨产率和法拉第效率不高。

3、因此，开发出高催化性能的电催化剂且应用到电催化氮还原合成氨实际应用中，成为研究领域的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，用于解决现有电催化剂在电催化氮还原合成氨领域存在催化活性较低、选择性较差的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供一种镍钴基化合物催化剂的制备方法，包括：

3、s10，将镍钴金属源、尿素以及溶剂混合后进行搅拌处理，以形成前驱体溶液；

4、s20，对前驱体溶液进行水浴加热处理，并收集反应后残留的含镍钴沉淀物；

5、s30，将含镍钴沉淀物依次进行洗涤和干燥处理，以得到镍钴基化合物催化剂。

6、优选地，s10步骤中，镍钴金属源包括镍源和钴源，镍源包括硝酸镍、氯化镍以及乙酸镍中的至少一种，钴源包括硝酸钴、氯化钴以及乙酸钴中的至少一种；溶剂为超纯水与乙二醇的混合溶液。

7、优选地，s10步骤还包括：将镍钴金属源、碳源、尿素以及溶剂混合后进行搅拌处理，以形成前驱体溶液。

8、优选地，镍钴金属源和碳源的质量比为10:1～10:5，碳源包括葡萄糖。

9、优选地，s10步骤还包括：将镍钴金属源、碳源、尿素、硫源以及溶剂混合后进行搅拌处理，以形成前驱体溶液。

10、优选地，镍钴金属源和硫源的质量比为10:1～10:5，硫源为硫脲。

11、优选地，s20步骤中，使用水热反应釜对前驱体溶液进行水浴加热处理，水热温度为100～150℃，水热时间为5～7h。

12、优选地，s30步骤具体包括：

13、s31，将含镍钴沉淀物用溶剂进行离心洗涤，并收集固态样品；

14、s32，将固态样品放置于干燥箱内进行干燥处理，以得到镍钴基化合物催化剂。

15、相应地，本发明还提供一种镍钴基化合物催化剂，由如上任一项的镍钴基化合物催化剂的制备方法制备而成。

16、相应地，本发明又提供一种如上的镍钴基化合物催化剂在电催化氮气还原合成氨中的应用。

17、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种镍钴基化合物催化剂及其制备方法和应用，上述制备方法包括：首先，将镍钴金属源、尿素以及溶剂混合后进行搅拌处理以形成前驱体溶液，其次，对前驱体溶液进行水浴加热处理，并收集反应后残留的含镍钴沉淀物，最后将将含镍钴沉淀物依次进行洗涤和干燥处理，以得到镍钴基化合物催化剂；本发明直接通过一步水热法制备镍钴基化合物催化剂，该方法简单便捷、条件可控、效率高、成本低，同时在电催化氮还原反应中具有优异的催化性能。

技术特征：

1.一种镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述s10步骤中，所述镍钴金属源包括镍源和钴源，所述镍源包括硝酸镍、氯化镍以及乙酸镍中的至少一种，所述钴源包括硝酸钴、氯化钴以及乙酸钴中的至少一种；所述溶剂为超纯水与乙二醇的混合溶液。

3.根据权利要求2所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述s10步骤还包括：

4.根据权利要求3所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述镍钴金属源和所述碳源的质量比为10:1～10:5，所述碳源包括葡萄糖。

5.根据权利要求3所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述s10步骤还包括：

6.根据权利要求5所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述镍钴金属源和所述硫源的质量比为10:1～10:5，所述硫源为硫脲。

7.根据权利要求1所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述s20步骤中，使用水热反应釜对所述前驱体溶液进行水浴加热处理，水热温度为100～150℃，水热时间为5～7h。

8.根据权利要求1所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述s30步骤具体包括：

9.一种镍钴基化合物催化剂，其特征在于，由如权利要求1至8任一项所述的镍钴基化合物催化剂的制备方法制备而成。

10.一种如权利要求9所述的镍钴基化合物催化剂在电催化氮气还原合成氨中的应用。

技术总结本发明提供了一种镍钴基化合物催化剂及其制备方法和应用，上述制备方法包括：首先，将镍钴金属源、尿素以及溶剂混合后进行搅拌处理以形成前驱体溶液，其次，对前驱体溶液进行水浴加热处理，并收集反应后残留的含镍钴沉淀物，最后将将含镍钴沉淀物依次进行洗涤和干燥处理，以得到镍钴基化合物催化剂；本发明直接通过一步水热法制备镍钴基化合物催化剂，该方法简单便捷、条件可控、效率高、成本低，同时在电催化氮还原反应中具有优异的催化性能。技术研发人员：张信义,於鑫,王姚光受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23