[发明专利]CuPc@Ti3

说明书

本发明公开了CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料及其电极制备方法与在硝酸根还原产氨中的应用，将CuPc乙醇溶液与Ti₃C₂T_x MXene溶液混合后离心洗涤，再将沉淀物干燥，得到CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料；然后将CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料负载在碳布亲水面上，得到电催化还原硝酸盐产氨用电极，用于电催化还原硝酸盐产氨。本发明所公开的CuPc@Ti₃C₂T_x Mxene复合材料制备的电极具有循环稳定性好，电化学活性高的特点。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及Ti₃C₂T_x MXene与酞菁铜（CuPc）复合材料的合成方法及其电极的制备方法，以及该电极在硝酸根还原产氨中的应用。

背景技术

氨气是氮肥，制冷剂，硝酸，塑料，纤维等化工产品的重要合成原料，同时也是颇具发展前景的高比能量的载体。NH₃的传统合成方法是通过Haber-Bosch工艺，然而，该工艺合成条件非常苛刻，产生大量能耗的同时，还不可避免地产生了大量的温室气体。基于这些难题，利用硝酸盐作为氮源的电化学还原产氨已引起越来越多的关注和研究。一方面，硝酸盐的键能小，硝酸根的电化学还原反应发生在固液界面，比起氮气还原反应（NRR）更有利于传质。另一方面，硝酸盐本身就是需要被降解的水体污染物，城市生活和工业污水中过多的硝酸盐排放会导致水体富营养化，甚至反硝化产生的亚硝酸盐还会导致癌症和婴儿蓝血病。美国卫生协会制定的硝酸盐排放标准低于50mg/L。然而，目前硝酸根的电化学还原仍然存在着转化率低、对氨选择性差和副产物亚硝酸根浓度偏高等问题，因此，亟需引入一种高效且具有高选择性的硝酸盐电还原催化剂材料。

发明内容

本发明的目的旨在提供CuPc和Ti₃C₂T_x MXene催化材料的合成方法，及其制备成电极的方法。与已有的硝酸根还原产氨的报道相比，本发明制备的电极材料能高效地转化硝酸根，并且产物具有高的氨选择性，同时还具备良好的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料，其制备方法为，将CuPc乙醇溶液与Ti₃C₂T_x MXene溶液混合后离心洗涤，再将沉淀物干燥，得到CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料。

一种电催化还原硝酸盐产氨用电极，其制备方法为，将CuPc乙醇溶液与Ti₃C₂T_xMXene溶液混合后离心洗涤，再将沉淀物干燥，得到CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料；然后将CuPc@Ti₃C₂T_x MXene催化材料负载在碳布亲水面上，得到电催化还原硝酸盐产氨用电极，用于电催化还原硝酸盐产氨。

本发明中，CuPc用量是根据与Ti₃C₂T_x Mxene中的Ti和CuPc中的Cu的物质的量的比例设计的，即Cu占Ti的物质的量之比为10%～50%，比如10%、20%、30%、50%，优选为20%。