[发明专利]一种二硫化钼的应用与锂-氮气电化学合成氨方法和系统

说明书

本发明提供了一种二硫化钼的应用与锂‑氮气电化学合成氨方法和系统。MoS₂在Li‑N₂电化学合成氨中作为催化剂应用。Li‑N₂电化学合成氨系统包括电池和合成氨装置，电池包括负载有MoS₂催化剂的正电极。Li‑N₂电化学合成氨方法使用Li‑N₂电化学合成氨系统进行，包括：在放电过程中锂和氮气发生反应生成Li₃N；放电结束后，通入湿润氩气，放电过程中反应生成的Li₃N发生水解生成LiOH和NH₃，生成的NH₃随着通入的氩气排出。负载有MoS₂催化剂的正电极有着更低的充电电位，更高的N₂还原电位，更高的氨气产量及FE等特点，提高了Li‑N₂合成氨的性能，为Li‑N₂合成氨的发展提供了新可能。

技术领域

本发明属于合成氨技术领域，特别涉及一种MoS₂的应用与Li-N₂电化学合成氨方法和系统。

背景技术

氨作为一种重要原料在农业、工业、军事等领域有着广泛的应用。Haber-Bosch工艺生产氨气需要高温、高压以及昂贵的催化剂，过程中将空气中的氮气与吸热蒸汽-甲烷重整产生的纯H₂结合在一起，消耗大量的天然气或其他化石资源(例如煤炭)并向大气中排放大量的温室气体，平均每吨氨需要释放约2.86吨二氧化碳，即使是节能状态下每吨氨也需要释放1.6吨二氧化碳，这给环境带来严峻的挑战。基于此，本领域技术人员开始了由可再生电能代替热能来驱动合成氨的研究，在温和的条件下利用可再生电力从氮气中电化学合成氨是一种有吸引力的替代方法，可替代占工业氨生产主导地位的高耗能的Haber-Bosch工艺。然而，电化学合成氨方法面临着相当大的挑战，由于析氢副反应的竞争关系，电化学合成氨表现出低选择性和低转化率。

基于此，如何提高电化学合成氨的选择性和转化率是目前电化学合成氨继续解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决电化学合成氨选择性和转化率低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了如下三方面的技术方案。

第一方面，本发明提供了一种MoS₂在Li-N₂电化学合成氨中作为催化剂的应用。

在Li-N₂电化学合成氨过程中，在放电过程中锂和氮气发生反应生成Li₃N，Li₃N水解成为LiOH同时释放NH₃。

根据第一方面的优选实施方式，所述MoS₂为1T-MoS₂、2H-MoS₂和MP-MoS₂中的一种或两种以上的混合；

进一步地，MoS₂能够通过下述方式制备得到：

1)、将钼源、硫源和溶剂混合，得到混合物；其中，所属溶剂包含有机溶剂；

2)、将步骤1)得到的混合物加热进行溶剂热合成反应；

3)、步骤2)反应得到的沉淀物(颜色为黑色)进行离心、洗涤、干燥得到MP-MoS₂或1T-MoS₂；

可选择地，4)、将步骤3)得到的MoS₂在Ar环境下进行焙烧处理，得到2H-MoS₂；

进一步地，所述溶剂包含有机溶剂和水；更进一步地，所述有机溶剂和水的质量比为1:2；

更进一步地，所述有机溶剂包含N,N-二甲基甲酰胺(DMF)；