摘要
目前由“Haber-Bosch”工艺合成的NH3除可用来合成富含氮的化肥外，也广泛用于塑料和纺织工业，并且可以作为稳定的不含碳的能量载体[1-6]。但是该工艺使用铁基催化剂，在高温(350-550℃)和高压(150-300atm)下进行，往往伴随着大量能源消耗和温室气体排放，不利于绿色地球的发展[7]。电化学合成氨由于其可持续、能耗低的特点引起了广泛的关注，其动力来源可以是清洁能源，可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能等），空气中的N2分子可直接作为氮源，在外加电压的作用下，电子趋近于催化剂的表面，H2O分子可以作为质子供应源，它比传统的“Haber-Bosch”工艺使用的氢源具有更低的能量需求[8]。此外，还可以利用不同电解质调节质子转移过程，从而提高选择性。受到自然界中固氮酶的启发，Mo是固氮酶的活性中心[9,10]，因此有很多电化学合成氨的研究都致力于Mo基催化剂的研究。本论文采用水热法和管式炉磷化法分别制备了AuNPs@MoS2及MoP@rGO复合纳米材料，分别进行了电化学合成氨性质测试。 通过水热法制备的MoS2纳米材料具有二维片状结构，AuNPs@MoS2在酸性、中性和碱性条件下均表现出良好的电催化活性。其中，在0.1M Na2SO4的中性电解液中表现出最高的法拉第效率9.7%，在0.1M KOH的碱性电解液中氨产量最高(25μg h-1mg-1cat)。AuNPs在MoS2片层上生长的实验条件致使MoS2层间距由0.95nm转变为0.665nm，并由此缩短了电子和离子的迁移路径，提高了电导率。AuNPs均匀分散在MoS2片层上并且Au-S成键，使其具有协同效应的同时增加了稳定性。 通过磷化MoO2(acac)2/GO前驱体成功合成了MoP@rGO，MoP纳米粒子均匀地生长在还原氧化石墨烯rGO上。这是MoP@rGO复合纳米材料首次被用于电化学合成氨反应并表现出优异的合成氨性能。在电位为-0.6Vvs.RHE时氨产率达到最高(7.5μg h-1mg-1cat)，法拉第效率为6.4%。其优异的催化活性和稳定性是由于MoP与rGO碳材料复合后，导电性增加、电子转移速率的增加、电化学活性表面积的增大、MoP与rGO之间的协同效应。
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