用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法和应用

1.本发明涉及单层酞菁铁基催化剂的制备方法和在电化学合成氨中的应用。


背景技术：

2.氨是一种非常重要的化学品，被广泛应用于农业，制药以及其他各行业。此外，氨具有很高的含氢量以及容易液化的特点被认为是很有前途的绿色能源。目前工业上制备氨主要是通过哈伯-博施法，该法是在铁基催化剂的作用下，在高温高压下将氮气和氢气转化为氨。这个过程中，大量的能源和化石燃料被消耗，大约每年消耗了全球所提供能源的1-2％，以及全球天然气产量的5％，从而也造成了极大的污染。因此，寻找绿色、可持续的合成氨技术是当前的一个严峻的任务。
3.电化学合成氨是以空气中含量丰富的n2和自然界中广泛存在的h2o为原料，在催化剂作用下温和地合成氨，所需要的电能属于可再生能源，可来自于风能、太阳能、潮汐能等，从而避免了化石燃料的大量消耗和温室气体的排放，是一种环境友好的合成氨技术。而催化剂是电化学合成氨的核心，因此合成廉价、高性能的电催化剂是非常重要的。fe具有地壳丰度、价格低廉、以及对n2的活化能力和贵金属ru相当。因此铁基催化剂在生物和化学固氮方面有广泛的应用。具有metal-nitrogen-caborn(m-nc)结构的酞菁铁(fepc)有高效的电化学合成氨的催化效果。在载体上固定大分子fepc活性中心的方法是实现高效nrr反应的关键因素，通过配位或分子间π-π相互作用直接接枝fe和载体是两种常用的方法。但是现有报道的负载型酞菁铁催化剂(xu,suxian,ding,yunxuan,du,jian,acs catalysis,2022,12(9):5502-5509；xu,fanfan,zhang,linlin,ding,xin,chemical communications,2019,55(94):14111-14114)存在氨的产率或者法拉第效率较低的问题。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法以及其在电化学合成氨的应用，在该催化剂作用下兼具较高的氨产率和较高的法拉第效率。
5.本发明采用的技术方案是：
6.第一方面，本发明提供了一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，包括下列步骤：
7.步骤一：将氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体混合，在一定温度下充分搅拌使其混合均匀，得到离子液体混合物；
8.步骤二：称取一定量的fepc(酞菁铁)，加入上述离子液体混合物中，超声处理10-60min后，将混合物在0-30℃下剧烈搅拌0.5-3h，得到混合样品，所述混合样品中酞菁铁的质量百分比含量为0.9％-3.6％；
9.步骤三：将步骤二得到的混合样品置于惰性气体环境中高温煅烧，以完成离子液
体的碳化和造孔；所述的煅烧分为两段式，第一段煅烧使离子液体碳化，煅烧温度控制在300-700℃，煅烧时间控制在2-10h；第二段煅烧，形成丰富孔道结构，煅烧温度控制在500-900℃，煅烧时间控制在2-8h。
10.进一步，步骤一中，所述氯盐离子液体选自1-辛基咪唑氯盐、1-癸基咪唑氯盐、1-十二烷基咪唑氯盐、1,3-二异丙基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑氯盐、1-苄基-3-甲基咪唑氯盐、1-苄基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的至少一种。
11.进一步，步骤一中，所述双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体选自1-苄基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-苄基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。
12.进一步，步骤一中，氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例控制在1：1-1：10。
13.更进一步，步骤一种，所述的氯盐离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵或1-苄基-2,3-二甲基咪唑氯化铵，所述的双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例控制在1:1.5-1:5，最优选所述的氯盐离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，所述的双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，所述氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例为1:5。
14.进一步，步骤一中，搅拌温度控制在30-70℃。
15.进一步，步骤二中，所述混合样品中酞菁铁的质量百分比含量为2.2-3.0％，更优选2.6-3.0％。
16.进一步，步骤二中，搅拌速度控制在300-500rpm。更进一步，步骤二中，搅拌温度为0℃，搅拌速率为300rpm，搅拌时间为24小时。
17.进一步，步骤三中，惰性气体选自氮气、氩气、氦气。
18.进一步，步骤三中，第一段煅烧的煅烧温度控制在500-600℃，优选500℃，煅烧时间为2-3小时；第二阶段的煅烧温度控制在700-800℃，优选700℃，煅烧时间为2-3；最优选第一段煅烧的煅烧温度控制在500℃，煅烧时间控制在2h；第二段煅烧的煅烧温度控制在700℃，煅烧时间控制在3h。
19.第二方面，本发明提供了根据上述制备方法制得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂在电化学合成氨中的应用，所述应用具体为：将原子级分散的单层酞菁铁基催化剂充分分散在乙醇溶剂中，然后加入质量分数5％的nafion溶液，充分分散均匀后得到分散液，将该分散液均匀涂敷到电极材料上，将涂覆有原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的电极材料作为工作电极进行电化学合成氨的反应。
20.进一步，所述原子级分散的单层酞菁铁基催化剂与质量分数5％的nafion溶液、乙醇的投料比为1～10mg：20～100μl：0.9ml，优选为1mg：50μl：0.9ml。
21.进一步，所述的电极材料为碳纸。
22.进一步，分散液的涂覆量为40～200μl/cm2，优选为100μl/cm2。
23.与现有技术相比，本发明的优势主要体现在：
24.(1)本发明所述原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法中，利用离子液体
的氧化性借助超声的辅助，充分剥离堆叠的酞菁铁分子实现了酞菁铁分子在离子液体中的单层分散；通过两段式焙烧的方法将碳化后的离子液体作为载体的骨架固定酞菁铁分子，用碳碳键的方式固定酞菁铁，实现酞菁铁催化剂的单层活性中心的高分散和高稳定性；本发明中使用离子液体作为碳源，可以在煅烧过程中形成丰富孔道结构，有利于n2的吸附；本发明通过酞菁金属化合物自组装形成fe-n配位，提高催化剂的活性；同时酞菁铁单层分散对her有抑制效果。
25.(2)本发明的催化剂在常温常压下对氮气还原制备氨具有优异的催化性能和电化学性能，该催化剂作用下的氮气还原制备氨反应兼具较高的氨产率和较高的法拉第效率，具有很高的应用前景。
附图说明
26.图1为本发明的具体实施例和对比例紫外可见分光光度计氨检测标准曲线。
27.图2为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的sem图。
28.图3为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的tem图。
29.图4为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的haadf-tem图。
30.图5为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的双层电容图。
31.图6为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的电化学合成氨性能图。
32.图7为本发明的具体实施例1原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的电化学合成氨稳定性图。
33.图8为本发明的具体实施例1、实施例5、实施例6、对比例1和对比例4得到的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的xrd图。
具体实施方式
34.下面用具体实施例来说明本发明。有必要指出的是，实施例只用于对本发明进行的进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本发明不以任何方式局限于此。该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
35.本实施例中，对原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的氮还原制备氨的性能测试是在chi760电化学工作站上进行的，操作过程为：第一步、称取2mg左右样品分散在0.9ml的乙醇中，然后加入100μl的nafion溶液(5wt％)(dupont d520)，超声30min得到均匀的分散液，然后取100μl的分散液涂覆到碳纸中(1*1cm2)；第二步，将负载催化剂的碳纸作为工作电极，进行氮还原制备氨的实验。
36.在测试之前，先通入30min的氮气使其溶液氮气饱和，选择线性扫描循环伏安法和计时电流法的测试程序，用计算机监视工作电极在不同电位下的电流情况。然后通过紫外可见分光光度计使用标准曲线(参见图1)测试催化后电解质中氨的浓度，最后计算得出该催化剂的产氨速率和法拉第效率。
37.实施例1
38.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
39.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
40.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
41.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后700℃加热3h，得到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
42.4)本实施例中，对原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的氮还原制备氨的性能测试是在chi760电化学工作站上进行的，操作过程为：
43.称取2mg左右样品分散在0.9ml的乙醇中，然后加入100μl的nafion溶液(5wt％)，超声30min得到均匀的分散液，然后取100μl的分散液涂覆到碳纸中(1*1cm2)，使用红外线灯照射干燥，然后将原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的碳纸作为工作电极，铂片做对电极，参比电极选择ag/agcl参比电极(饱和氯化钾)，电解液选择0.1m hcl，进行氮还原制备氨的实验。在测试之前，先通入30min的氮气使其溶液氮气饱和，选择线性扫描循环伏安法和计时电流法的测试程序，用计算机监视工作电极在不同电位下的电流情况。然后通过紫外可见分光光度计使用标准曲线(参见图1)测试催化后电解质中氨的浓度，最后计算得出该催化剂的产氨速率和法拉第效率。
44.获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的sem图参见图2。获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂tem图参见图3。获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂haadf-tem图参见图4。获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的双电层电容图参见图5。获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的电化学合成氨性能图参见图6。获得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的稳定性图参见图7。
45.由sem图可见，原子级分散的单层酞菁铁基催化剂呈纳米团簇状，具有不错比表面积。由tem以及haadf-tem图图可见，fe呈单原子分布，酞菁铁呈单层分散，原子级分散的单层酞菁铁基催化剂实现活性中心的高分散性，有助于活性的提高。根据双电层电容曲线可以看出该材料具有较高的活性比表面积。通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到23.23μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为29.54％。
46.实施例2
47.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
48.1)称取50g 1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-苄基-2,3-二甲基咪唑氯化铵，在70℃下搅拌30min。
49.2)称取0.54g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
50.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后700℃加热3h，得到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
51.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到15.63μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为20.14％。
52.实施例3
53.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方
法包括如下步骤：
54.1)称取30g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和20g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
55.2)称取1.14g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
56.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中300℃加热2h，然后700℃加热3h，得到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
57.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到21.06μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为21.25％。
58.实施例4
59.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
60.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
61.2)称取0.24g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
62.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中600℃加热2h，然后700℃加热3h，得到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
63.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到7.25μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为6.25％。
64.实施例5
65.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
66.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
67.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
68.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中450℃加热2h，然后400℃加热3h，得到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
69.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到9.16μg h-1
mg-1cat
.和法拉第效率为25.61％。
70.实施例6
71.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
72.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
73.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
74.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后500℃加热3h，得
到原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。
75.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到18.67μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为21.74％。
76.对比例1
77.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
78.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
79.2)称取0g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
80.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后700℃加热3h。
81.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到3.23μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为1.26％。说明纯载体几乎没有活性，fe是活性中心。
82.对比例2
83.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
84.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
85.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
86.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h。
87.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到12.23μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为14.28％。说明样品氮气氛围二次煅烧有助于催化剂造孔，有利于提高催化剂活性。
88.对比例3
89.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
90.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在30℃下搅拌30min。
91.2)称取2.26g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
92.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后700℃加热3h。
93.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到23.01μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为22.41％。说明高负载量会导致酞菁铁堆叠，增强her活性，降低法拉第效率。
94.对比例4
95.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
96.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
97.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，超声处理20min后，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
98.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后900℃加热3h。
99.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到20.48μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为25.92％。说明过高温度造孔会导致酞菁铁堆叠，降低催化剂活性以及法拉第效率。
100.对比例5
101.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
102.1)称取50g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，在50℃下搅拌30min。
103.2)称取1.7g酞菁铁，加入上述溶液，将混合物在0℃以300rpm速度剧烈搅拌24h。
104.3)将上述混合样品放入管式炉，并在n2环境中500℃加热2h，然后700℃加热3h。
105.4)催化剂性能测试方法同实施例1，通过紫外可见光谱测试计算得到该催化剂在酸性条件下(-0.1v)产氨速率达到20.56μg h-1
mg-1cat.
和法拉第效率为24.86％。说明未经过超声剥离的酞菁铁存在堆叠，影响了催化剂活性以及法拉第效率。

技术特征：
1.一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括下列步骤：步骤一：将氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体混合，在一定温度下充分搅拌使其混合均匀，得到离子液体混合物；步骤二：称取一定量的酞菁铁，加入上述离子液体混合物中，超声处理10-60min后，将混合物在0-30℃下剧烈搅拌0.5-3h，得到混合样品，所述混合样品中酞菁铁的质量百分比含量为0.9％-3.6％；步骤三：将步骤二得到的混合样品置于惰性气体环境中高温煅烧，以完成离子液体的碳化和造孔，得到用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂；所述的煅烧分为两段式，第一段煅烧使离子液体碳化，煅烧温度控制在300-700℃，煅烧时间控制在2-10h；第二段煅烧，形成丰富孔道结构，煅烧温度控制在500-900℃，煅烧时间控制在2-8h。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述氯盐离子液体选自1-辛基咪唑氯盐、1-癸基咪唑氯盐、1-十二烷基咪唑氯盐、1,3-二异丙基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑氯盐、1-苄基-3-甲基咪唑氯盐、1-苄基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的至少一种；所述双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体选自1-苄基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-苄基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例控制在1：1-1：10。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的氯盐离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵或1-苄基-2,3-二甲基咪唑氯化铵，所述的双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例控制在1:1.5-1:5。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的氯盐离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化铵，所述的双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，所述氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体质量比例为1:5。6.如权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述混合样品中酞菁铁的质量百分比含量为2.2-3.0％，更优选2.6-3.0％。7.如权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，第一段煅烧的煅烧温度控制在500-600℃，煅烧时间为2-3小时；第二阶段的煅烧温度控制在700-800℃，煅烧时间为2-3。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：第一段煅烧的煅烧温度控制在500℃，煅烧时间控制在2h；第二段煅烧的煅烧温度控制在700℃，煅烧时间控制在3h。9.根据权利要求1-5之一所述制备方法制得的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂在电化学合成氨中的应用，所述应用具体为：将原子级分散的单层酞菁铁基催化剂充分分散在乙醇溶剂中，然后加入质量分数5％的nafion溶液，充分分散均匀后得到分散液，将该分散液均匀涂敷到电极材料上，将涂覆有原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的电极材料作为工作电极进行电化学合成氨的反应。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述原子级分散的单层酞菁铁基催化剂与质量分数5％的nafion溶液、乙醇的投料比为1～10mg：20～100μl：0.9ml，所述的电极材料为碳纸，分散液的涂覆量为40～200μl/cm2。

技术总结
本发明公开了一种用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂的制备方法和应用，所述制备方法包括下列步骤：步骤一：将氯盐离子液体和双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体混合，在一定温度下充分搅拌使其混合均匀，得到离子液体混合物；步骤二：称取一定量的酞菁铁，加入上述离子液体混合物中，超声处理后，将混合物剧烈搅拌得到混合样品；步骤三：将步骤二得到的混合样品置于惰性气体环境中高温煅烧，以完成离子液体的碳化和造孔，得到用于电化学合成氨的原子级分散的单层酞菁铁基催化剂。本发明的催化剂对氮气还原制备氨具有优异的催化性能和电化学性能，该催化剂作用下的氮气还原制备氨反应兼具较高的氨产率和较高的法拉第效率。第效率。


技术研发人员：赵佳 高攀 常仁芹 金春晓
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/6