常溫常壓電化學(xué)合成氨研究.pdf

1、傳統(tǒng)的Haber-Bosch氨合成法存在著成本高、能耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺陷，而電化學(xué)法合成氨是一種有希望替代Haber-Bosch法的新方法，具有能夠克服合成氨可逆反應(yīng)的熱力學(xué)限制、實(shí)現(xiàn)常壓合成氨等優(yōu)勢，且隨著電化學(xué)合成氨研究的不斷開展，未來有可能實(shí)現(xiàn)直接由空氣和水常溫常壓合成氨。電化學(xué)合成氨領(lǐng)域中以固體質(zhì)子導(dǎo)體作電解質(zhì)的體系研究的最為廣泛。本論文中，以 Nafion膜固體質(zhì)子導(dǎo)體作電解質(zhì)，進(jìn)行了常溫常壓電化學(xué)合成氨研究。
　　

2、分別采用H+型Nafion膜和H+/NH4+型Nafion膜作電解質(zhì)，研究了負(fù)載Pt/C的碳紙和空白碳紙兩種陰極上電化學(xué)合成氨的效果以及Nafion膜中NH4+的作用。結(jié)果表明，在0.2～2.0 V研究電壓的整體范圍內(nèi)，兩種陰極上均能在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)電化學(xué)氨合成。以H+型Nafion膜作電解質(zhì)時(shí)，電化學(xué)合成的NH3會(huì)與膜中的H+結(jié)合。以H+/NH4+型Nafion膜作電解質(zhì)時(shí)，在上述兩種陰極上電化學(xué)合成的NH3量均相應(yīng)較H+型Nafio

3、n膜作電解質(zhì)時(shí)的高，顯示NH4+能夠促進(jìn)N2的電化學(xué)還原。以H+型Nafion膜和H+/NH4+型Nafion膜分別作電解質(zhì)，空白碳紙作陰極時(shí)，電化學(xué)合成的NH3量均相應(yīng)能達(dá)到負(fù)載Pt/C的碳紙作陰極時(shí)的水平，這也意味著Pt/C不是一種合適的催化N2電化學(xué)還原的催化劑。通過研究Pt/C催化劑的退化速率發(fā)現(xiàn)，Pt/C催化劑在一定電壓下電解一段時(shí)間后活性會(huì)降低，而升高電壓會(huì)讓催化劑恢復(fù)一定的活性。
　　為了探索新的電化學(xué)合成氨催化劑，

4、采用一步煅燒二氰二胺的方法制備了石墨型氮化碳（g-C3N4），并將Pt納米顆粒沉積在g-C3N4上制備了Pt/g-C3N4。采用 XRD、SEM、TEM以及 XPS表征和分析了所得催化劑的晶體結(jié)構(gòu)，表面微觀形貌和表面元素組成。以負(fù)載Pt/g-C3N4的碳紙和負(fù)載g-C3N4的碳紙分別作陰極，并比較了它們與負(fù)載 Pt/C的碳紙和空白碳紙作陰極時(shí)的催化性能。
　　結(jié)果表明，在整個(gè)研究電壓范圍內(nèi)，盡管C負(fù)載的Pt催化劑的催化性能基本與空