[发明专利]电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法

权利要求书

1.一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过水相合成法制备碳黑负载的催化剂，之后将所述催化剂负载于碳纸上；

S2：将负载有所述催化剂的碳纸用玻碳电极夹固定，作为工作电极，并置于电化学反应池中，设置参比电极和对电极，并加入电解液；

S3：将一氧化氮和二氧化碳在确保反应环境无氧的情况下通入电化学反应池中，向工作电极施加预设的还原电位，在恒电位条件下反应预设时间，实现常温常压下电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素；

S3中预设的还原电位为相对参比电极施加的-1.5 V氧化电位。

2.根据权利要求1所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述碳黑负载的催化剂包括负载于碳黑上的铜钯纳米颗粒、负载于碳黑上的镍纳米颗粒、负载于碳黑上的酞菁铜、负载于碳黑上的酞菁钴中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述负载于碳黑上的铜钯纳米颗粒的制备过程为：

将碳黑超声分散于去离子水中，通入氩气除氧，加入氯化铜溶液和氯化钯的盐酸溶液，在搅拌条件下缓慢滴加硼氢化钠水溶液，并使其充分反应，之后超声分散于含有全氟磺酸膜的乙醇溶液中，得到负载于碳黑上的铜钯纳米颗粒。

4.根据权利要求2所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述负载于碳黑上的镍纳米颗粒的制备过程为：

将碳黑经超声分散于去离子水中，通入氩气除氧，加入氯化镍水溶液，在搅拌条件下缓慢滴加硼氢化钠水溶液，并使其充分反应，将制备好的纳米颗粒经超声分散于含有全氟磺酸膜的乙醇溶液中，得到负载于碳黑上的镍纳米颗粒 。

5.根据权利要求2所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述负载于碳黑上的酞菁铜的制备过程为：

将酞菁铜和碳黑超声分散于含有全氟磺酸膜的乙醇溶液中，得到负载于碳黑上的酞菁铜。

6.根据权利要求2所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述负载于碳黑上的酞菁钴的制备过程为：

将酞菁钴和碳黑超声分散于含有全氟磺酸膜的乙醇溶液中，得到负载于碳黑上的酞菁钴。

7.根据权利要求1所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，S2中所述电化学反应池为H型电化学反应池；

S2中所述参比电极为Ag/AgCl，所述对电极为铂片，所述电解液为0.1 M的KHCO₃。

8.根据权利要求1所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，S3中，一氧化氮经氢氧化钠水溶液除杂后，与二氧化碳1:1混合，在确保反应环境无氧的情况下将混气通入电化学反应池中。

9.根据权利要求1所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，S3中通过对电解液的取样检测实现反应产物尿素的实时浓度监测。

10.根据权利要求9所述的一种电化学催化一氧化氮和二氧化碳合成尿素的方法，其特征在于，所述取样检测方法为二乙酰一肟法或核磁共振波谱法，其中：

所述二乙酰一肟法为：取电解液样品并与二乙酰一肟置于强酸性环境中，经三价铁离子催化，在氨基硫脲存在下，经加热后可缩合生成粉红色的二嗪化合物，在525纳米处有最大吸收峰，吸光度与尿素含量呈正比，以此实现尿素浓度的定量；

所述核磁共振波谱法为：取电解液样品，并加入氘代二甲基亚砜作为内标，将尿素和氘代二甲基亚砜的峰面积之比与尿素标准谱图中的进行对比，以此实现尿素浓度的定量。