[发明专利]用于ENRR的电催化材料VS2

说明书

用于ENRR的电催化材料VS2的制备方法，属于电催化固氮领域，包括前驱体机械混合，前驱体溶液微波水热，水热得到的固体抽滤洗涤真空干燥得到VS₂。本发明主要用于制备VS₂电催化固氮材料，解决了普通水热制备的VS₂用于ENRR性能不佳的问题。此外，与以正钒酸钠作为钒源与硫代乙酰胺作为硫源水热得到的二硫化钒VS_2‑x相比，本发明以偏钒酸铵作为钒源与硫代乙酰胺水热得到了纯+4价V的二硫化钒VS₂，且其对应的ENRR性能更优异。

技术领域

本发明属于电催化还原氮气制氨领域，具体公开了用于ENRR的电催化材料VS₂的制备方法。

背景技术

随着不可再生的化石燃料的不断消耗和温室气体的过度排放所造成的能源危机和环境恶化的日益突出，寻找储量丰富的新型清洁能源来逐步取代化石燃料，实现绿色可持续发展势在必行。氨气作为一种清洁的能量载体，其能源密度较氢气更高、燃烧产物也环保、大气中作为氨来源的N₂十分富裕。与压缩氢(储氢和运输)相比，NH₃在环境温度和≈8bar的压力下容易液化，提供高体积能量密度(10.5mJ/L)，这是700bar下压缩氢的两倍多(5mJ/L)，远低于液体H₂的储存和运输的成本。除此之外，氨也是铵肥、某些药物、炸药和氨基酸的重要前驱体。然而，目前工业上制氨主要还是采用能耗大且温室气体排放量大的Haber-Bosch工艺。为了让清洁能源“出身”清洁，仿生固氮酶、固氮光催化剂以及固氮电催化剂等常温常压下就能进行氨合成的材料日益受到人们的关注。

实现电催化固氮，制备性能优异的电催化剂是其中关键的一步，往往需要以下特质：好的传质能力和导电性、一定的机械强度、合成过程低能耗。在传统的催化剂制备工艺中，经常被用到的普通水热法不仅反应时间较长，相应的能耗也不低，且得到的材料物理特征较难统一。不仅如此，与此前普遍以正钒酸钠Na₃VO₄作为V源与硫代乙酰胺水热反应得到二硫化钒VS_2-x的制备方法不同，以偏钒酸铵作为前驱体得到的二硫化钒VS₂价态更纯净，均为+4价。与此对应的ENRR性能也更加优异。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种方便快捷地制备电催化固氮的VS₂基材料的方法，能够在具有不错的催化性能的同时，减少前期材料合成消耗的能量和时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电催化还原氮气的二硫化钒VS₂材料及其制备方法，包括前驱体机械混合，前驱体溶液微波水热，水热得到的固体抽滤洗涤真空干燥得到VS₂。所述前驱体溶液由偏钒酸铵NH₄VO₃、硫代乙酰胺和超纯水组成。

进一步的，所述偏钒酸铵、硫代乙酰胺的摩尔比为1:5；优选每3mmol偏钒酸铵对应纯水的用量为30-50mL，优选40mL。

进一步的，所述机械混合是通过磁力搅拌实现的，具体搅拌时间为1h。

进一步的，所述微波水热的具体过程为：10min从室温加热到120℃，并在此温度下保温8min；然后10min再升温加热到150℃，并在此温度下保温8min；然后10min再升温加热到180℃，并在此问下保温120min；最后自然冷却至室温；

进一步的，所述水热得到的固体抽滤洗涤用到的溶剂分别为超纯水和无水乙醇，洗涤次数均为3次。

进一步的，所述真空干燥的具体条件为：-30MPa、60℃和12h。

本发明在保证制得的材料具有一定催化活性的同时，缩短了材料合成所需的时间、减小了制备过程能量的消耗且得到的材料微观形貌统一，尺寸分布集中。上述特征有助于ENRR过程的深入研究。

附图说明