一种FeS2@GO固氮催化剂的制备方法及应用

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种FeS

背景技术

氨是一种重要的化工原料，在国民经济与农业生产中占有举足轻重的地位，在许多技术领域是一种不可替代的能源，特别是在肥料、药剂、染料、炸药和树脂方面。到目前为止，已知的固氮类型可分为：高能固氮、生物固氮和工业固氮这三类。其中高能固氮利用大自然中闪电产生的高能量促使氨的形成，促进土壤的固氮与生物界的氮循环；生物固氮是利用某些生物或微生物的生物作用如大豆根瘤菌的固氮作用或仿生技术进行的一种固氮方式；工业固氮主要为成熟的Haber-Bosch工艺来生产氨。Haber-Bosch工艺需要在高温高压条件(350-550℃，150-350atm)下进行反应，高能需求和过量的CO2排放带来的一系列问题，寻求绿色、清洁的工艺替代Haber-Bosch工艺，探索可在温和条件下大规模工业合成氨的催化反应及相应催化剂尤为重要。

近些年的研究表明电催化固氮可在温和条件下进行，即其可作为一种潜在的替代工业合成氨技术。目前电催化固氮技术存在的主要问题是极低的氨产率和法拉第效率；究其缘由，主要是其在常温常压下，需要消耗更多的能量，在反应动力学上非常难以进行；而且电催化过程中析氢竞争反应的存在，严重制约固氮反应并降低合成氨的效率。贵金属(如Pt等)作为催化材料虽然具有优良催化活性，但由于价格昂贵且储量低等问题而限制其实际应用。鉴于上述问题，开发非贵金属基电催化固氮材料尤为迫切。有研究表明在非贵金属中，过渡金属(如Fe)电催化材料在氮气还原成氨气具有良好效果。近年来，有许多涉及FeS

MOFs材料是指金属离子与有机配体自组装形成的一种配位聚合物，也是一种具有网络结构的周期性晶体多孔材料。MOFs具有高孔隙率、大比表面积、孔径可调等优点，同时又因为拓扑结构的多样性以及可裁剪性的优点使其成为在催化、储能与分离方面应用广泛的一种新型多孔材料。基于MOFs材料所具有的上述优点，利用MOFs材料作为前驱体制备铁基复合催化剂来提升其固氮性能成为一种可能。

发明内容

本发明的目的是制备一种利用水热法将硫脲合成的FeS

本发明涉及一种用于电催化固氮的FeS

一、FeS

步骤一中所述的六水合三氯化铁与1,3,5-均苯三甲酸质量比为19:31；

步骤一中所述的六水合三氯化铁与石墨烯的质量比为19:9；

步骤一中所述的六水合三氯化铁与蒸馏水的质量比为19:400；

步骤一中所述的反应温度为130℃，反应时间为72小时；

步骤一中所述的洗涤方式为：将所得产物用无水乙醇和去离子水分别离心洗涤3次；

步骤一中所述的真空干燥温度为60℃；

二、FeS

步骤二中所述的前驱体和硫脲的质量比为1:7；

步骤二中所属的前驱体与去离子水的质量比为1:400；

步骤二中所述搅拌时间以3小时为宜；

步骤二中所述的反应温度为200℃，反应时间为24小时；

步骤二中所述的洗涤方式为：将获得的样品分别用0.5mol/L硫酸和去离子水离心洗涤3次；

步骤二中所述的真空干燥温度为60℃；

三、工作电极的制备：将上述复合材料进行研磨，取一定量的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中超声时间为1.5小时，静置时间为8小时。

步骤三中碳布电极上的复合催化剂的负载量为0.3mg·cm

本发明通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、安培响应法、循环伏安法和紫外可见分光光度法等方法对上述FeS

本发明操作简单，通过一步水热法合成复合材料的前驱体，再用硫脲进行硫化生成由80-90nm的纳米片组成的FeS

FeS

附图说明：

图1为实施例一制备的复合材料FeS

图2为实施例一制备的复合材料FeS

图3为实施例一制备的复合材料FeS

图4为实施例一制备的复合材料FeS

图5为实施例一制备的复合材料FeS

图6为实施例一制备的复合材料FeS

图7为实施例一制备的复合材料FeS

图8为实施例一制备的复合材料FeS

图9为实施例一制备的复合材料FeS

具体实施方式：

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，以下所列举具体实施方式，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果。只要满足使用需要，都在本发明的保护范围内。

具体实施方式一：本发明的目的是提供一种利用水热法将硫脲合成的FeS

本发明涉及一种用于电催化固氮的复合材料FeS

本发明可获得复合材料FeS

具体实施方式二：本实施方式是一种FeS

一、将一定质量的六水三氯化铁、1,3,5-均苯三甲酸和石墨烯溶于适量的水溶液中，超声形成均匀的溶液。然后将溶液置于反应釜中，于一定温度下反应一段时间，待冷却至室温，离心洗涤，真空烘干，得到前驱体。

步骤一中所述的六水合三氯化铁与1,3,5-均苯三甲酸质量比为19:31；

步骤一中所述的六水合三氯化铁与石墨烯的质量比为19:9；

步骤一中所述的六水合三氯化铁与蒸馏水的质量比为19:400；

步骤一中所述的反应温度为130℃，反应时间为72小时；

步骤一中所述的洗涤方式为：将所得产物用无水乙醇和去离子水分别离心洗涤3次；

步骤一中所述的真空干燥温度为60℃，干燥时间24小时；

二、取一定质量的步骤一所制的前驱体和硫脲加入适量去离子水中，持续搅拌一段时间，放入反应釜中，并在适宜温度下水热反应一段时间，待冷却至室温，离心洗涤，真空干燥一段时间得到FeS

步骤二中所述的前驱体和硫脲的质量比为1:7；

步骤二中所属的前驱体与去离子水的质量比为1:400；

步骤二中所述搅拌时间以3小时为宜；

步骤二中所述的反应温度为200℃，反应时间为24小时；

步骤二中所述的洗涤方式为：将获得的样品分别用0.5mol/L硫酸和去离子水离心洗涤3次；

步骤二中所述的真空干燥温度为60℃，干燥时间为24小时；

三、工作电极的制备：将上述复合材料进行研磨，取一定量的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中所述的FeS

步骤三中超声时间为1.5小时，静置时间为8小时。

步骤三中碳布电极上的复合催化剂的负载量为0.3mg·cm

本实施方式可以获得复合材料FeS

本发明通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、安培响应法、线性扫描伏安法和紫外可见分光光度法等方法对上述FeS

图1为实施例一制备的复合材料FeS

图2中展示了实施例一制备的复合材料FeS

图3为实施例一制备的复合材料FeS

图4为实施例一制备的复合材料FeS

图5为实施例一制备的复合材料FeS

图6中为实施例一制备的复合材料FeS

图7为实施例一制备的复合材料FeS

图8为实施例一制备的复合材料FeS

图9为实施例一复合材料FeS

综上所述，本发明运用水热法，利用六水三氯化铁、1,3,5-均苯三甲酸、和硫脲以及石墨烯为反应物，成功合成由80-90nm的纳米片组成的花簇状结构FeS