一种碳布负载ni基mof材料ni-k8凯发

本发明属于电催化，具体涉及一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极的制备方法及其在电化学合成尿素中的应用。

背景技术：

1、1828年，维勒人工合成了尿素，打破了有机化合物的生命力学说。在农业领域，尿素作为一种氮基肥料，促进了粮食增产，保证人类粮食供应；在工业领域，尿素是脲醛树脂、聚氨酯、化妆品等多种化学品的生产原料。传统的尿素合成方法是通过传统haber-bosch工艺合成氨，再进一步生成尿素等含氮化学品，该合成方法需高温(350℃)高压(10mpa)环境，能源消耗大，排放出的co2危害大，废水废气处理成本高。目前全球尿素年产量超过1.8亿吨，占全球能源消耗量的1％，每年排放co2废气超过两亿吨，亟待寻找节能高效的尿素合成方法。

2、利用含氮废物(硝酸盐、腈、氮氧化物)与co2进行电催化c-n耦合生产尿素是近年来广受关注的尿素合成新方法，在富含no3-1的液体中通入co2，并施加适当的过电位，在电催化剂作用下一步法合成尿素，相比于传统工业方法，该法具有能耗低、操作简单、清洁环保等优势。实现尿素高效产出的关键是开发催化活性高、选择性好、寿命长的电催化剂。金属有机框架材料(mof)是一种新兴功能材料，具有金属催化特性和有机配体框架构型两方面的优势，在电合成尿素领域广受关注，其中ni金属mof催化剂以廉价高效优势广泛应用于电催化合成尿素。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种原料易得、制备方法简单、催化效率高且选择性好的碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极的制备方法及其在电化学合成尿素中的应用。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极，所述碳布负载ni基mof材料是以ni(no3)2·6h2o中的ni金属为中心原子，以分散液中的pmda为配体。

4、一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极的制备方法，包括如下步骤：

5、1)准确称量ni(no3)2·6h2o固体和pmda固体，分别溶于thf中，得到金属盐溶液和pmda溶液，随后用胶头滴管将pmda溶液滴加至金属盐溶液中，并不断搅拌，将混合后的溶液超声分散，转移至特氟龙高压反应器中，水热反应后冷却至室温，取出反应釜内的液体，抽滤、干燥、研磨成粉末，即为ni基mof材料粉末；

6、2)将得到的ni基mof材料粉末与膜溶液、2-炔黑、异丙醇、超纯水混合配制成油墨，使用注射器将油墨滴加于碳布上，得到ni-pmda电极。

7、进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，ni(no3)2·6h2o的用量为0.16mmol，溶解于30ml thf；pmda的用量为0.6mmol，溶解于10ml thf。

8、进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，所述超声分散时间为10min。

9、进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，所述水热反应温度为120℃，反应时间为48h。

10、进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，所述ni基mof材料粉末、膜溶液、2-炔黑、异丙醇、超纯水的用量分别为3mg、30μl、3mg、170μl、200μl。

11、进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，所述碳布的规格为1cm×2cm大小的长方形。

12、进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，所述碳布在使用前依次分别用丙酮、无水乙醇、浓硝酸、无水乙醇、丙酮进行浸渍超声处理30min。

13、上述的一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极在电化学合成尿素中的应用。

14、进一步的，上述的应用，方法如下：将碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极作为工作电极阴极，阳极为铂片电极，参比电极使用ag/agcl参比电极，阴极电解液使用0.1m kno3溶液和0.1m khco3溶液各35ml，阳极电解液使用0.1m khco3溶液70ml，在-0.3～0.7v v.s.rhe电位下电解2h，收集阴极电解液产物。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明利用溶剂热策略合成催化剂粉末并配制成油墨，使用碳布负载催化剂，原料简单易得，合成操作难度低。

17、2、本发明所合成的催化电极用于电化学合成尿素，在-0.4v v.s.rhe下达到最高29.31％的法拉第效率，在-0.6v v.s.rhe下达到最高2.703mmol h-1mg-1的尿素产率。

18、3、本发明所合成催化电极在-0.4v v.s.rhe下连续电解15h，电流密度稳定在0.5ma cm-2，表现出较好的电催化活性和稳定性，本发明所得的mof催化电极在电催化合成尿素领域具有良好的应用前景。

1.一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极，其特征在于，所述碳布负载ni基mof材料是以ni(no3)2·6h2o中的ni金属为中心原子，以分散液中的pmda为配体。

2.一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，ni(no3)2·6h2o的用量为0.16mmol，溶解于30ml thf；pmda的用量为0.6mmol，溶解于10ml thf。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述超声分散时间为10min。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述水热反应温度为120℃，反应时间为48h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述ni基mof材料粉末、膜溶液、2-炔黑、异丙醇、超纯水的用量分别为3mg、30μl、3mg、170μl、200μl。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述碳布的规格为1cm×2cm大小的长方形。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述碳布在使用前依次分别用丙酮、无水乙醇、浓硝酸、无水乙醇、丙酮进行浸渍超声处理30min。

9.权利要求1所述的一种碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极在电化学合成尿素中的应用。

10.根据权利9所述的应用，其特征在于，方法如下：将碳布负载ni基mof材料ni-pmda电极作为工作电极阴极，阳极为铂片电极，参比电极使用ag/agcl参比电极，阴极电解液使用0.1m kno3溶液和0.1m khco3溶液各35ml，阳极电解液使用0.1m khco3溶液70ml，在-0.3～0.7v v.s.rhe电位下电解2h，收集阴极电解液产物。