二氧化钛基材料电化学合成氨研究
发布时间：2021-09-06 13:40
氨是一种重要的化工原料,在过去的一个世纪里以氨为原料制造的化学氮肥提高了全球农作物产量,解决了数十亿人的粮食供应问题。目前,工业合成氨工艺主要为Haber-Bosch法,但是该方法是资金和能源密集型工艺,同时会排放大量温室气体,不符合绿色可持续发展的要求。因此,研究者们正在寻找温和条件下合成氨的新途径,电化学法合成氨（EAS）可直接利用可再生电力,是极有应用前景的技术方案并引起了广泛的关注。由于N2分子的化学性质极其稳定,EAS催化剂需要具备较强的N2活化能力。通过催化剂结构设计,构建能够特异性吸附N2分子的活性位点或增加活性位点的数量,从而增强催化剂的EAS催化活性,是本领域的研究重点。二氧化钛类材料性质稳定且制备过程可调控,被广泛应用于异相催化领域,是理想的EAS候选催化剂。本论文以水解法和溶胶-凝胶法分别制备了 TiO（OH）2和金属掺杂的二氧化钛（TiO2-M）作为催化剂在水溶液体系中开展了 EAS研究,基于离子色谱法建立了严格的电解液中微量氨的定量检测方法,以合成氨速率（RNH3）和法拉第效率（FE）为标准评价了催化剂的合成氨效果,并初步探究了 EAS机理。主要研究结果如下:...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１可以看出，Ｈ２０－ＣＬ或Ｈ２－ＣＬ过程中氨的形成是以在不同化学状态之间??改变的金属为媒介的，其本质是Ｎ２被金属还原
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress towards mild-condition ammonia synthesis[J]. Qianru Wang,Jianping Guo,Ping Chen. Journal of Energy Chemistry. 2019(09)
[2]氮气电化学合成氨催化剂研究进展[J]. 王鲁丰,钱鑫,邓丽芳,袁浩然. 化工学报. 2019(08)
[3]多相化学合成氨研究进展[J]. 郭建平,陈萍. 科学通报. 2019(11)
[4]偏钛酸性质结构对颜料钛白的影响[J]. 田从学. 钢铁钒钛. 2019(01)
[5]Ti3+自掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化性能研究[J]. 陈明淦,曾令可,王慧. 陶瓷. 2018(11)
[6]合成氨工业:过去、现在和未来——合成氨工业创立100周年回顾、启迪和挑战[J]. 刘化章. 化工进展. 2013(09)
[7]生物固氮研究现状及展望[J]. 韩斌,孔继君,邹晓明,巩合德. 山西农业科学. 2009(10)
[8]生物固氮的研究进展[J]. 慈恩,高明. 中国农学通报. 2004(01)
[9]固氮酶与化学模拟生物固氮[J]. 朱文祥,马淑兰,郭倩玲. 化学教育. 2002(04)
[10]水合二氧化钛晶种粒径的控制研究[J]. 赵斌,杨海. 化学通报. 1993(01)
硕士论文
[1]碳布基柔性自支撑电极的制备及其电化学特性[D]. 陈佳熠.浙江大学 2019
[2]Ti3+自掺杂纳米TiO2的制备及其可见光催化性能研究[D]. 刘新.鲁东大学 2014
[3]偏钛酸晶型转化的研究[D]. 倪月琴.天津大学 2007
本文编号：3387561
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１可以看出，Ｈ２０－ＣＬ或Ｈ２－ＣＬ过程中氨的形成是以在不同化学状态之间??改变的金属为媒介的，其本质是Ｎ２被金属还原
￣￣＾—！￣￣－■—ｒ￣ｒ；?ｘ?ｆ?ｂ??????．．．．．．．．．．．?ｊｐ〇??－！?ｒ?；ｓ?ｉ??ｉ?Ｗ－?＾?＇Ｕ＇ｔｉ?＾?｜?亡????－２５－１２５１，——一＿??３?弋、?－Ｚ?？?。?：ｖ?’??．１?．?，?ｉ?．ＦＭ?．?＾?＼?ｂ??＊３?＊２?０?１?－３?＂＂?－￡￣￣￣￣￣￣?￣Ｃ?＇?Ｉ＂＂＇２?１?－１?Ｄ?１?２??ＡＥｎ，?ｌｅＶ｜?Ａ￡＞＾?｛＃Ｖ｜?？ｆ＊＊＜ＭＭｗ？ｙ＜？ｒＭ｛＊Ｖ５??图１￣４?（ａ）描述过渡金属表面ＥＡＳ催化活性的火山图（ｂ）描述金属纳米团簇表面ＥＡＳ催化活??性的火山图［４５］，（ｃ）描述金红石型过渡金属氧化物ＥＡＳ催化活性的火山图及＿１１与Ｈ的吸附自??由能的比较（虚线表示这些自由能相等的地方）１４８］。??Ｆｉｇｕｒｅ?ｔ－４?（ａ）?Ｃｏｍｂｉｎｅｄ?ｖｏｌｃａｎｏ?ｐｌｏｔｓ?（ｌｉｎｅｓ）?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｆｌａｔ?（ｂｌａｃｋ）?ａｎｄ?ｓｔｅｐｐｅｄ?（ｒｅｄ）?ｐｕｒｅ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔａｌ??ｓｕｒｆａｃｅｓ?ｆｏｒ?ＥＡＳ，?ｗｉｔｈｏｕｔ?（ｓｏｌｉｄ?ｌｉｎｅｓ）?ａｎｄ?ｗｉｔｈ?（ｄｏｔｔｅｄ?ｌｉｎｅｓ）?Ｈ－ｂｏｎｄｓ?ｅｆｆｅｃｔ１５２１，?（ｂ）?ｖｏｌｃａｎｏ?ｐｌｏｔ?ｆｏｒ?ｔｈｅ??ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｃｌｕｓｔｅｒ?ｆｏｒ?ＥＡＳ?ｗｉｔｈ?ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ?（ｔｈｅ?ｔｗｏ?ｓｏｌｉｄ?ｌｉｎｅｓ）?ａｎｄ?ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ?（ｇｒａｙ?ａｒｅａ）??ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，?ｔｈｅ?ＨＥＲ?ｉｓ?ｓｈｏｗｎ?ａｓ?ｔｈｅ?ｒｅｄ
第一ｇ绪论???ｄｃｍ＿２，?ＦＥ为７．３％。ＤＦＴ计算解释了?Ｎ掺杂的关键作用：Ｎ掺杂引起的电荷再分布??可以改变ＮｉＯ的电子结构，使其表面电导率增强；ｄ带中心升高，有利于稳定＊ＮＮＨ，??降低自由能垒，从而增强ＥＡＳ活性［５４］。Ｂ掺杂Ｔｉ０２?（Ｂ－Ｔｉ０２）作催化剂也可以观察到??类似的结果，与未掺杂Ｔｉ０２相比，其／？ｎｈ３和ＦＥ分别提高了?２．６７倍和１．５５倍［５５］。??ａ?＾?ｃ?｜ｂ?ＮＨ、??慧＿??ｍ?ｆｃＵ?＊Ｆｅ?？０?ｎｏｘｙｇ＾ｖａｃ＾??图１－５?（ａ）?Ｔｉ０２／Ｔｉ催化ＥＡＳ过程示意图［５６］，?（ｂ）?ＬＣＦＮ催化ＥＡＳ过程示意图［５７】。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｔｉ〇２／Ｔｉ?ｃａｔａｌｙｚｅｄ?ＥＡＳ?ｐｒｏｃｅｓｓ１５６１，?（ｂ）?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｐａｔｈｗａｙ?ｏｆ?ｔｈｅ??ＬＣＦＮ－ｃａｔａｌｙｚｅｄ?ＥＡＳ?ｐｒｏｃｅｓｓ１５７１．??引入原子空位可以为增强反应物的吸附与活化以及稳定中间体提供一条有效而??灵活的途径。近年来，在ＥＡＳ过程中，ＯＶｓ的引入是应用最广泛的缺陷工程策略之??一。如图ｌ－５ａ所示，孙旭平教授课题组发现二氧化钛纳米片阵列（Ｔｉ〇２／Ｔｉ）在－０．７Ｖ、??电解液为?０．１?ｍｏｌＬ－１?Ｎａ２Ｓ〇４?条件下，可以获得?９．１６ｘｌ（Ｔｎ?ｍｏｌ?ｓ－１?ｃｍ－２?的?７？ｎｈ３?和?２．５０％??的ＦＥ丨５６］。循环稳定性测试后，ＴｉＣＶＴｉ的／？蘭和ＦＥ分别为初始的９０．２％和８８．８％，??这可能是经过长时间电解后催化剂衰减所致。作者认为Ｔｉ０２／Ｔｉ具有较好ＥＡＳ活性的??原
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress towards mild-condition ammonia synthesis[J]. Qianru Wang,Jianping Guo,Ping Chen. Journal of Energy Chemistry. 2019(09)
[2]氮气电化学合成氨催化剂研究进展[J]. 王鲁丰,钱鑫,邓丽芳,袁浩然. 化工学报. 2019(08)
[3]多相化学合成氨研究进展[J]. 郭建平,陈萍. 科学通报. 2019(11)
[4]偏钛酸性质结构对颜料钛白的影响[J]. 田从学. 钢铁钒钛. 2019(01)
[5]Ti3+自掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化性能研究[J]. 陈明淦,曾令可,王慧. 陶瓷. 2018(11)
[6]合成氨工业:过去、现在和未来——合成氨工业创立100周年回顾、启迪和挑战[J]. 刘化章. 化工进展. 2013(09)
[7]生物固氮研究现状及展望[J]. 韩斌,孔继君,邹晓明,巩合德. 山西农业科学. 2009(10)
[8]生物固氮的研究进展[J]. 慈恩,高明. 中国农学通报. 2004(01)
[9]固氮酶与化学模拟生物固氮[J]. 朱文祥,马淑兰,郭倩玲. 化学教育. 2002(04)
[10]水合二氧化钛晶种粒径的控制研究[J]. 赵斌,杨海. 化学通报. 1993(01)
硕士论文
[1]碳布基柔性自支撑电极的制备及其电化学特性[D]. 陈佳熠.浙江大学 2019
[2]Ti3+自掺杂纳米TiO2的制备及其可见光催化性能研究[D]. 刘新.鲁东大学 2014
[3]偏钛酸晶型转化的研究[D]. 倪月琴.天津大学 2007
本文编号：3387561
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