MOFs催化劑制備及其低溫電催化合成氨性能.pdf

1、氨是一種重要的化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有著不可或缺的地位。傳統(tǒng)的合成氨工藝存在單程轉(zhuǎn)化率較低、能耗較大以及生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量溫室氣體CO2等問題。而低溫電化學(xué)催化合成氨具有能耗較低、合成氨過程中安全環(huán)保等優(yōu)點，引起了極大的關(guān)注。其中，性能優(yōu)越，價格低廉的催化劑對推進電化學(xué)催化合成氨起至關(guān)重要的作用。金屬有機骨架(MOFs)具有極高的比表面積、結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)等優(yōu)點，是一種優(yōu)異的催化材料。
　　本論文分別采用硝酸鐵、硝酸銅和醋酸鈷作

2、為前驅(qū)體，均苯三甲酸、對二苯甲酸和咪唑為有機配體，采用水熱合成法成功合成了MOF(Cu-BTC)，MOF(Fe-BTC)和MOF(Co)等催化劑。利用XRD、XPS和FTIR等分析手段對催化劑進行了表征分析，并評價了這些MOFs催化劑的低溫電化學(xué)合成氨性能。結(jié)果表明，F(xiàn)e和Cu都是與金屬-O鍵配位而形成配合物，Co是與咪唑中的N配位成鍵，三種催化劑都具有良好的晶型，且均表現(xiàn)出良好的配位結(jié)構(gòu)。這三種催化劑對低溫下電化學(xué)合成氨反應(yīng)都具有良好

3、的催化作用。在相同實驗條件下，MOF(Fe-BTC)催化劑的合成氨速率是最高的，在80℃和1.0 V電壓下，以純氮氣為原料氣時，合成氨速率可以達到1.072×10-9 mol· cm-2· s-1，電流效率為4.11％;MOF(Cu-BTC)催化劑的最適宜電壓為1.2V，最高合成氨速率可以達到4.58×10-10 mol·s-1·cm-2，電流效率為1.74％。MOF(Co)催化劑的最適宜電壓為1.2 V，合成氨速率最高可以達到8.53