本發(fā)明屬于電化學催化氮還原領域，尤其涉及包覆釕納米粒子的微離子凝膠runps@m-il-gel修飾電極在電催化氮還原中的應用。

背景技術：

1、氨作為一種重要的化學品，在化學工業(yè)及儲氫領域占據著舉足輕重的地位。目前，工業(yè)上nh3的生產主要依賴于傳統(tǒng)的haber-bosch工藝，然而，該工藝條件嚴苛，需要在高溫高壓環(huán)境下進行。此外，該工藝能耗巨大，占全球年能源消耗的1％以上，且每年產生高達300公噸的二氧化碳。因此，尋求一種綠色且可持續(xù)的nh3合成路徑顯得尤為迫切。電催化n2還原反應(nrr)旨在替代能源密集型的haber-bosch工藝，它不僅能在環(huán)境條件下進行，而且可由可再生間歇能源如太陽能、風能等驅動。

2、ru?nps因其卓越的催化活性和選擇性在電催化氮還原領域得到了廣泛應用。微凝膠反應器不僅融合了均相與多相催化的優(yōu)勢，還展現出了卓越的反應性、選擇性以及循環(huán)性能。液體顆?；c固體微納米化技術的結合，有效增大了液體與固體的比表面積，使得兩者的復合能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現協(xié)同效應的最大化。集固體和液體優(yōu)勢和特色為一體的固液復合型微反應器，利用固體的穩(wěn)定形態(tài)和功能基負載、液體的物質富集和快速傳質等功能，實現傳質、富集、催化等功能的高效協(xié)同表達。為進一步發(fā)揮ru?nps的催化活性，并充分利用離子液體il的特性，可將其進一步與離子液體微凝膠作用，共同構筑修飾電極用于電催化氮還原，并為發(fā)展新型高效的電催化氮還原催化劑提供了良好的思路。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種電催化氮還原催化效率高的ru?nps@m-il-gel修飾電極。該修飾電極對電催化氮還原顯示出卓越的電催化活性，得到的法拉第效率和產氨速率均較高。

2、本發(fā)明采用的技術方案為：

3、ru?nps@m-il-gel修飾電極在電催化n2轉化為nh3中的應用，所述ru?nps@m-il-gel修飾電極的制備方法如下：將ru?nps@m-il-gel涂覆在疏水性碳布表面，在室溫下放置10min，使ru?nps@m-il-gel和疏水性碳布表面充分結合，制得ru?nps@m-il-gel修飾電極。

4、進一步的，上述的應用，所述ru?nps@m-il-gel的制備方法包括如下步驟：

5、1)將ru?nps-il、離子液體il和mma渦混1min，與乳化劑溶液一同加入三頸燒瓶中，并磁力攪拌30min，得到均勻的分散體系；

6、2)將步驟1)所得分散體系溫度提升至50℃，加入引發(fā)劑溶液，開始聚合反應，反應進行1h后，將溫度升至85℃，再加入引發(fā)劑溶液，反應1h后，繼續(xù)加入引發(fā)劑溶液，反應4h，得到反應產物；

7、3)待步驟2)所得反應產物自然冷卻至室溫后，用超純水洗滌、離心五次，真空冷凍干燥24h，得到ru?nps@m-il-gel。

8、更進一步的，上述ru?nps@m-il-gel的制備方法，步驟1)中，所述乳化劑為聚乙烯吡咯烷酮(pvp，k-30)。

9、更進一步的，上述ru?nps@m-il-gel的制備方法，步驟2)中，所述引發(fā)劑為過硫酸鉀(kps)。

10、更進一步的，上述ru?nps@m-il-gel的制備方法，步驟1)中，所述ru?nps-il的制備方法包括如下步驟：

11、5.1)將rucl3·3h2o溶于離子液體il中，加入到圓底燒瓶中，在60℃下攪拌30min，得到均勻的紅褐色溶液；

12、5.2)向步驟1)所得紅褐色溶液中，逐滴加入nabh4溶液，繼續(xù)在60℃下攪拌2h，冷卻至室溫，得到黑色沉淀；

13、5.3)將步驟2)所得黑色沉淀用超純水洗滌、離心三次，得到ru?nps-il。

14、進一步的，上述ru?nps@m-il-gel的制備方法和ru?nps-il的制備方法中，所述離子液體il是1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([bmim]pf6)或1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺酰胺鹽([emim]ntf2)。

15、進一步的，上述ru?nps-il的制備方法，步驟5.2)中，所述nabh4溶液的濃度為0.15m。

16、進一步的，上述ru?nps-il的制備方法，步驟5.3)中，所述所述離心條件為在6000rpm下離心3min。

17、進一步的，上述的應用，方法如下：以ru?nps@m-il-gel修飾電極為工作電極，ag/agc1電極為參比電極，鉑片為對電極，0.1m?h2so4為電解液，向體系中通入氮氣，利用線性伏安掃描法和計時安培法進行電催化n2轉化為nh3。

18、更進一步的，上述的應用，所述線性伏安掃描法中，掃描掃速為10mv?s-1。

19、更進一步的，上述的應用，所述計時安培法中，電解所用時間為8000s。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、1、本發(fā)明制備的ru?nps@m-il-gel修飾電極，在溫和條件下吸附活化n2并促進n2轉化為nh3。ru?nps@m-il-gel充分利用了固體的穩(wěn)定形態(tài)和功能基團的負載能力，同時發(fā)揮了液體物質富集和快速傳質特性，實現了富集、催化等功能的高效協(xié)同表達。這種協(xié)同作用顯著提升了nrr性能，為電催化氮還原領域的研究提供了新穎的思路和方法，有助于推動該領域的進一步發(fā)展。

22、2、本發(fā)明通過乳液聚合法分別制備了ru?nps@m-[emim]ntf2-gel以及ru?nps@m-[bmim]pf6-gel。這類微凝膠反應器巧妙融合了均相催化與多相催化的優(yōu)勢，在電催化氮還原反應中展現出卓越的高反應性和高選擇性。此外，這種基于微凝膠的微反應器還表現出優(yōu)異的耐熱性和耐化學性，能夠在復雜多變的環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。液體顆?；c固體微納米化技術的運用，顯著提升了液體與固體的比表面積，進而有效提高了其反應效率。

23、3、本發(fā)明對催化過程中的技術參數進行控制，同時對電極材料的原料進行合理搭配，進而提高了電化學電催化氮還原的效率，提高了產氨速率和法拉第效率。本發(fā)明的runps@m-[emim]ntf2-gel修飾電極在電催化氮還原過程中，在外加電壓為-0.2v(vs.rhe)時產氨速率為24.14μg?h-1mgcat-1，法拉第效率為20.56％。本發(fā)明的ru?nps@m-[bmim]pf6-gel修飾電極在電催化氮還原過程中，在外加電壓為-0.2v(vs.rhe)時產氨速率為27.01μg?h-1mgcat-1，法拉第效率為23.84％。

技術特征：

1.ru?nps@m-il-gel修飾電極在電催化n2轉化為nh3中的應用，其特征在于，所述runps@m-il-gel修飾電極的制備方法如下：將ru?nps@m-il-gel涂覆在疏水性碳布表面，在室溫下放置10min，使ru?nps@m-il-gel和疏水性碳布表面充分結合，制得ru?nps@m-il-gel修飾電極。

2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述ru?nps@m-il-gel的制備方法包括如下步驟：

3.根據權利要求2所述的應用，其特征在于，步驟1)中，所述乳化劑為聚乙烯吡咯烷酮。

4.根據權利要求2所述的應用，其特征在于，步驟2)中，所述引發(fā)劑為過硫酸鉀。

5.根據權利要求2所述的應用，其特征在于，步驟1)中，所述ru?nps-il的制備方法包括如下步驟：

6.根據權利要求2或5所述的應用，其特征在于，所述離子液體il是1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺酰胺鹽。

7.根據權利要求5所述的應用，其特征在于，步驟5.2)中，所述nabh4溶液的濃度為0.15m。

8.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，方法如下：以ru?nps@m-il-gel修飾電極為工作電極，ag/agc1電極為參比電極，鉑片為對電極，0.1m?h2so4為電解液，向體系中通入氮氣，利用線性伏安掃描法和計時安培法進行電催化n2轉化為nh3。

9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述線性伏安掃描法中，掃描掃速為10mvs-1。

10.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述計時安培法中，電解所用時間為8000s。

技術總結
本發(fā)明公開了Ru?NPs@M?IL?gel修飾電極在電催化氮還原中的應用。將Ru?NPs?IL、IL和MMA渦混，與乳化劑PVP加入三頸燒瓶中，并磁力攪拌30min，以確保充分混合；分三次加入引發(fā)劑KPS溶液，進行乳液聚合；離心洗滌，真空冷凍干燥24h，得到包覆釕納米粒子的微離子凝膠(Ru?NPs@M?IL?gel)；取Ru?NPs@M?IL?gel，涂覆在疏水性碳布表面，在室溫下放置10min，使材料充分和疏水性碳布表面結合，制得Ru?NPs@M?IL?gel修飾電極。本發(fā)明Ru?NPs@M?IL?gel修飾電極制備簡單，對電催化氮還原顯示出卓越活性，有較高的產氨速率和法拉第速率。

技術研發(fā)人員：宋智凝,汪躍然,吳抒遙,馮書曉,叢琳峰,孟慶博,宋溪明
受保護的技術使用者：遼寧大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/12