[发明专利]一种Fe—N—C/MoO2

说明书

本发明涉及催化剂领域，针对贵金属掺杂改性电催化剂成本高的问题，提供一种Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂及其制备方法，催化剂呈球状且具有多孔结构。制备方法，包括以下步骤：(a)将钼盐和配体分散于水中，再加入亚铁盐及溶剂，混合均匀，将混合物转移至密闭容器中加热反应，将反应产物分离、洗涤、烘干，得前驱体；(b)前驱体在惰性气体保护下煅烧，冷却后即得催化剂。本发明反应条件温和、制得的反应纯度好，适合大规模制造；制得的催化剂呈多孔球状，且具有较高的电催化活性。提供一种Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂的制备方法。本发明还提供所述催化剂在电催化还原固氮产氨中的应用。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其是涉及一种Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，环境污染和能源短缺问题变得日益严重，人们集中精力研究开发各种新型能源技术和设备。电催化技术由于具有环境友好、化学能高等优点，被广泛认为是解决环境污染和能源危机的重要途径。随着工业化发展，能源短缺和环境污染问题日益严重，这迫使人们不断寻找清洁及可持续能源来改善环境和能源问题。氨是工业发展和农业必要的原料之一。另一方面随着工业快速发展，大量的硝酸盐流入环境，污染地下水，威胁人们的健康，破坏自然氮循环，将硝酸盐电催化合成氨是目前具有很好的发展前景和应用前景的一种重要途径之一，能为解决能源和环境两大问题提供良好方案。它能够极大地实现电能向化学能的转变，同时电能可由风能，太阳能及抄袭能等多种渠道转化而来，其也具有环境友好及稳定性高等特点。Fe是目前被广泛关注且有前途的制作电催化剂的元素之一。由于其具有电催化性能高、氧化效率高、无毒、成本低易得、绿色环保等优点，使得其在光电转换、分解水制氢产氧、降解污染物等方面得到广泛应用。

但是，传统的金属电催化剂由于其在反应过程中副反应明显。且在电解质中稳定性不高，传输电子速率不高，吸附性能不突出等缺点，其对电能的利用效率极低，这阻碍了其在电催化技术领域的大规模应用；另外，其容易伴随严重的析氢副反应及其在反应过程中极易被腐蚀，从而降低了其催化效率，这成为了其作为电催化剂的很主要的一个缺点。因此，针对上述存在的这些问题，人们想出一系列的策略方法，对上述电催化剂做了改性处理，如专利CN112058308B公开了有机-无机复合甲醛催化组合物及制备方法、空气净化滤芯，其重量份组成为：改性催化剂10-50份，改性膨润土30-50份，高分子有机聚合物40-100份。该发明通过稀土元素改性载体搭载贵金属掺杂的复合电催化剂，稀土金属固态离子在催化剂表面形成微环境不仅可有效避免反应过程中水气对催化活性的抑制，还可强化两种电催化剂与Pt之间的协同效应，从而在室温下将甲醛完全催化转化为二氧化碳和水，显著降低贵金属的添加量，而不降低其室温内催化氧化甲醛的性能。但是贵金属的使用还是提升了成本。除了贵金属负载改性，还有金属氧化物掺杂改性、半导体复合改性、离子掺杂改性等，在这些策略方法中，电催化剂能够与其产生协同作用，很好地增强电催化活性，然而，不可控的含量和破坏性的共轭体系等缺点限制了它们的应用。因此，需要寻找合适的电催化剂来提高其电催化性能。

发明内容

本发明为了克服贵金属掺杂改性电催化剂成本高的问题，提供一种Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂及其制备方法，反应条件温和、制得的反应纯度好，适合大规模制造；制得的催化剂呈多孔球状，且具有较高的电催化活性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂，呈球状，且具有多孔结构，孔径分布为5-7nm，优选为6nm。多孔结构增加了接触面积，且催化剂活性中心密度高，催化效率高。

一种上述Fe—N—C/MoO₂纳米复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(a)前驱体的制备：将钼盐和配体分散于水中，再加入亚铁盐及溶剂，混合均匀，将混合物转移至密闭容器中加热反应，将反应产物分离、洗涤、烘干，得前驱体；