CN112520783A - 立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 - Google Patents
立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112520783A CN112520783A CN202011505227.3A CN202011505227A CN112520783A CN 112520783 A CN112520783 A CN 112520783A CN 202011505227 A CN202011505227 A CN 202011505227A CN 112520783 A CN112520783 A CN 112520783A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ethanol
- indium oxide
- urea
- water
- molar ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title abstract description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- UKCIUOYPDVLQFW-UHFFFAOYSA-K indium(3+);trichloride;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.Cl[In](Cl)Cl UKCIUOYPDVLQFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 18
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 15
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 7
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 7
- 229910021617 Indium monochloride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M indium(1+);chloride Chemical compound [In]Cl APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000009620 Haber process Methods 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010757 Reduction Activity Effects 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005906 dihydroxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G15/00—Compounds of gallium, indium or thallium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/38—Particle morphology extending in three dimensions cube-like
Abstract
发明公开了一种立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原反应中的应用,将尿素的水溶液,通过一定的方式加入四水合氯化铟的乙醇和水溶液在一定温度下反应一定时间,冷却至室温后,离心收集产物,用乙醇洗涤去除未反应残留物,在一定条件下干燥除去杂质,在一定温度下空气中煅烧一定时间,形成三氧化二铟晶体,用作三电极体系下的电催化还原氮气的催化剂,该合成方法操作简便,可控制性强,产量高。合成的该材料成本较低,没有贵金属,对环境污染小,对于氮气还原反应有较高的催化活性和良好的选择性,是一种优异的催化剂。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料化学技术领域,涉及一种氧化铟的合成方法,特别涉及一种立方晶型氧化铟材料的合成方法,本发明还涉及该材料在电催化氮还原反应中的应用。
背景技术
化石燃料的有限性,使得寻找可再生能源来替代化石燃料至关重要。氮气是生产最多的化学物质之一,它不仅可以作为富氮肥料生产而且可以作为一个无碳的能源载体,可以方便地凝结成液体进行运输。目前,工业上NH3的生产主要采用Haber-Bosch工艺,其中NH3是由N2与H2 (N2 + 3H2 → 2NH3 )在铁或钌作为催化剂的情况下发生化学反应而形成的,而该反应的动力学缓慢,需要高温来加速该反应。每年生产NH3所消耗的能源约占世界能源年总量的1~2% ,并伴随大量一次能源的消耗和温室气体的排放。然而,生产过程中的高温会导致NH3分解,因此根据Le Chatelier 原理引入高压以减少分解。基于铁基催化剂的Haber-Bosch工艺需要高温(300~500℃)和高压(200~300 atm)。随着化石燃料的减少和温室气体排放量的增加,开发一种绿色的可持续发展低成本的NH3生产方式迫在眉睫。电催化和光(电)催化方法被认为是节能且对环境无害的NH3生产过程,它们可以在环境条件下使用可再生能源进行反应。将N2光催化还原为NH3的效率不如电催化还原N2的效率,因为由于多种波长和光产生的载流子快速重组,并非所有光子都可用于光催化过程。例如,电催化进行的氮还原反应(NRR)可以由太阳能电池及风力发电产生的电能驱动,光(电)催化NRR可以用阳光直接驱动反应的发生。因此,这两种方式是实现N2和H2O转化为NH3的清洁、节能和可持续发展方面极有效的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、能够控制形貌的立方晶型氧化铟的的合成方法。
本发明的另一个目的是提供一种上述合成方法合成的立方晶氧化铟在电催化氮还原反应中的应用方法。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种立方晶氧化铟的合成方法,具体按以下步骤进行:
1)按摩尔比1︰1~20,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰1~100;
按摩尔比1︰1~20,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;
2)将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1~50;
3)将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在30~80℃的温度下反应6~48 h,自然冷却至室温,离心,收集产物;
4)用乙醇洗涤产物,去除未反应残留物;在40~60℃的温度下干燥10~48h后,放入马弗炉中,在100~600℃的温度下在空气中退火2~6h,使In(OH)3反应生成In2O3,得氧化铟(In2O3)纳米材料。
本发明所采用的另一个技术方案是:一种上述合成方法合成的不同形貌的In2O3纳米材料在电催化氮还原反应中的应用。具体为:
称取制得的氧化铟纳米材料,用玛瑙研钵研磨成粉末,取1mL的样品管,取一定量的In2O3粉末放入样品管中,用移液枪吸取少量的Nafion溶液注入样品管,超声,使In2O3粉末均匀分散在Nafion溶液中,得催化剂分散液。
取电化学催化实验用的三电极体系,三电极分别为:负载催化剂的玻碳电极为工作电极;铂丝电极为对电极;Ag/AgCl电极为参比电极;电解池均为单电解池系统。电解液均为0.1 M的盐酸水溶液(pH=1)。用移液枪取少量催化剂分散液点在玻碳电极上(GC XR303,有效直径为3 mm,上海仙仁仪器仪表有限公司),空气中自然晾干作为工作电极。
还原反应在持续通入氮气(N2)的电解槽中进行,电解液为0.1 M 的HCl溶液。所施加的电压由型号为CHI660E的电化学工作站控制,该电化学工作站提供恒电位,所有的电势测量值都以Ag/AgCl电极作为基准电极测量,所有应用电位均转化为可逆氢电极(RHE)电位标度的转化公式为:E (vs. RHE) = E (vs. Ag/AgCl) + 0.197 V + 0.0591 × pH。
氧化铟做催化剂实现了在环境条件下反应成NH3的实验结果。氧化铟催化剂所在电解槽中NH3的生产速率在-0.2V电压下达到6.42 mgh-1mg-1,法拉第效率约为6.8%。
本发明合成方法通过特定的四水合氯化铟和尿素的比例混合在不同温度下煅烧合成立方晶结构的In2O3,合成方法简单,效率较高。合成的立方晶结构的In2O3材料具有较高的氮还原选择性,能够有效催化氮还原反应。
附图说明
图1是实施例1~4制得的立方晶In2O3的微观电镜形貌图。
图2是实施例1~4制得的立方晶In2O3的XRD图。
图3是实施例1~4制得的立方晶In2O3的热重图。
图4是实施例1~4制得的立方晶In2O3氮气还原反应紫外吸附图。
图5是实施例1~4制得的立方晶In2O3氮气还原的氨产量和法拉第效率。
图6是实施例3制得的立方晶In2O3催化氮气还原反应的稳定性。
图7是实施例3制得的立方晶In2O3的XPS图。
图8是采用现有技术中的合成方法制得的立方晶In2O3的微观电镜形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
按摩尔比1︰1,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰1;按摩尔比1︰1,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1;将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在80℃的温度下反应24 h,自然冷却至室温,离心,收集产物;用乙醇洗涤产物,去除未反应残留物;在60℃的温度下干燥48h后,放入马弗炉中,在150℃的温度下在空气中退火6h,使In(OH)3反应生成In2O3,得到立方晶氧化铟(In2O3)材料。
实施例2
按摩尔比1︰20,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰100;按摩尔比1︰20,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1;将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在80℃的温度下反应24 h,自然冷却至室温,离心,收集产物;用乙醇洗涤产物,去除未反应残留物;在60℃的温度下干燥48h后,放入马弗炉中,在200℃的温度下在空气中退火6h,使In(OH)3反应生成In2O3,得立方晶型氧化铟(In2O3)。
实施例3
按摩尔比1︰110,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰50;按摩尔比1︰10,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1;将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在80℃的温度下反应24h,自然冷却至室温,离心,收集产物;用乙醇洗涤产物,去除未反应残留物;在60℃的温度下干燥48h后,放入马弗炉中,在250℃的温度下在空气中退火6h,使In(OH)3反应生成In2O3,得立方晶型氧化铟(In2O3)纳米材料。
实施例4
按摩尔比1︰110,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰50;按摩尔比1︰10,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1;将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在80℃的温度下反应24h,自然冷却至室温,离心,收集产物;用乙醇洗涤产物,去除未反应残留物;在60℃的温度下干燥48h后,放入马弗炉中,在300℃的温度下在空气中退火6h,使In(OH)3反应生成In2O3,得立方晶型氧化铟(In2O3)纳米材料。
制得的In2O3的结构形貌
1、实施例制得的In2O3的微观形貌。
图1是实施例1~4制得的氧化铟纳米材料的微观电镜图,图1中的图(a)、图(b)、图(c)和图(d)分别是实施例1~4制得的氧化铟纳米材料的扫描电子显微镜(SEM)图,图1中的图(e)、图(f)、图(g)和图(h)分别是实施例1~4制得的氧化铟纳米材料的透射电子电镜图(TEM)。图中显示了实施例1~4制得的氧化铟纳米材料是比较规整的立方晶体结构,而在规整的立方晶结构中可以捕捉到一些堆积层错结构。这些晶界和堆积层错表面结构增加了In2O3催化剂的催化活性位点,使其比规整的In2O3更容易与气体分子结合,增加催化的活性位点。
2、实施例制得的立方晶体结构In2O3 X射线衍射峰
图2显示了实施例1~4制得的立方晶型氧化铟纳米材料的X射线衍射峰,图上清楚地表明所有衍射峰都可以很好地匹配典型的立方晶棒In2O3 (JCPDS card no. 06-0416)在2θ角为21.5, 30.5, 35.4, 51.0, 和60.7时观察到强烈的衍射峰, 对应(211)、(222)、(400)、(440)和(622)晶面立方晶In2O3。而实施例1和实施例2由于温度原因In(OH)3没有完全转化为In2O3,所以呈现In2O3和In(OH)3混合的晶型。因为金属氧化物的导电性原本就比较优异,堆积的材料可能会降低材料的比表面积使吸附气体的能力变弱,所以氮还原催化活性降低,
3、实施例制得的In2O3的热重分析
当退火温度达到250℃及以上时,In(OH)3转化成的In2O3的质量急剧下降(图3),这与羟基的脱羟基作用将In(OH)3转化为In2O3-x (OH)y相对应。总重量损失为20.40%,高于把In(OH)3完全转换In2O3质量损失为16.28%的预测。可能由于物理和化学吸附的水分子的存在,比如在200℃之前大约6%的质量也减少了。另一个恒温峰存在于305℃左右,这可能是In2O3-x (OH)y晶体有序转变的结果。说明材料在这个温度下趋于稳定。
4、实施例制得的In2O3氮气还原反应紫外吸附图
实施例1~4制得的In2O3的电势经2h的电还原反应所产生的氨含量由靛酚蓝分光光度法测量。不同实施例制得的In2O3电还原反应所产生的氨含量紫外吸光谱(图4)在-0.2V vs. RHE电势下的紫外吸收强度不难发现,实施例3制得的In2O3吸光度最强,这说明反应时间相同的情况下在电势为-0.2 V vs. RHE时实施例3制得的In2O3氨的产量最多。
图5为实施例制得的In2O3氮气还原的氨产量和法拉第效率。
实施例1~4制得的In2O3在-0.2 V vs. RHE时的电催化还原活性可以由NH3的生产速率和法拉第效率表示(图5)。直观的反映了相同催化剂用量在相同时间内的氨产量,综上所述,实施例3制得的In2O3由于规整的晶型和较多的表面活性位点在最优电位达到最大生产速率6.42 mg h-1mg-1和法拉第效率6.8%。
图6为实施例3制得的In2O3催化氮气还原反应的稳定性。
图6是在相应电势下计时电流图谱。在不同电势下的计时电流没有较大的波动,长时间测量得到的计时电流曲线(图6)也显示出了较好的稳定性,这说明In2O3材料有着较好的电化学稳定性。
图7为实施例3制得的In2O3X射线光电子能谱图
图7为实施例3制得的In2O3 X射线光电子能谱图,图中显示这该材料含有C、In、O三种元素,C可能是材料表面的杂质,除此以外只含有铟和氧两种元素。该图说明了In2O3成功制备。
对比例
In(OH)3和In2O3x(OH)y纳米棒的合成在一个典型的合成中。采用文献(ACS Nano2016, 10, 5578−5586)公开的方法:将25g尿素和3g InCl3溶解在100mL去离子水中。然后将该水溶液在磁性搅拌下的油浴中以80℃加热一段可控时间。待冷却至室温后,离心收集白色产物,用水洗涤去除未反应残留物。室温下干燥48h。将干燥的In(OH)3前驱体放入烘箱中,在250℃的空气中处理不同时间,得到In(OH)3x(OH)y样品。为了研究长度效应,选取了In(OH)3前驱体的2、3、5、8和12 h五个初始反应周期,然后在250℃下处理6 h,得到不同长度的In(OH)3x (OH)y样品,如图8所示。
图1是采用本发明合成方法制得的氧化铟纳米材料的微观电镜图。图8是采用现有技术中的合成方法制得的氧化铟纳米材料的微观电镜图。从图8中可以看出采用现有技术中的合成方法,生成的是氧化铟纳米棒结构。而采用本发明方法合成了图1所示的规整的立方晶结构。而立方晶结构的氧化铟在氮气还原性上比棒状结构的氧化铟强很多。
实施例1~4中制得的立方晶结构的氧化铟纳米材料高分辨率O1s 的XPS分峰数据,见表1。
Claims (4)
1.一种立方晶型氧化铟的合成方法,其特征在于,该合成方法具体按以下步骤进行:
1)按摩尔比1︰1~20,分别取InCl3·4H2O和尿素;将尿素溶于水中,得尿素水溶液,该尿素水溶液中尿素与水的摩尔比为1︰1~100;
按摩尔比1︰1~20,分别取水和乙醇,乙醇加入水中,搅拌均匀,得乙醇水溶液;
2)将InCl3·4H2O溶于乙醇水溶液中,得混合溶液,该混合溶液中四水合氯化铟与乙醇的摩尔比为1︰1~50;
3)将尿素水溶液在搅拌的条件下缓慢滴加到混合溶液中,然后,在磁力搅拌油浴锅中、在30~80℃的温度下反应6~48 h,自然冷却至室温,离心,收集产物;
4)乙醇洗涤产物后,干燥,退火,制得氧化铟纳米材料。
2.如权利要求1所述的立方晶型氧化铟的合成方法,其特征在于,所述步骤4)中,乙醇洗涤产物后在40~60℃的温度下干燥10~48h。
3.如权利要求1所述的立方晶型氧化铟的合成方法,其特征在于,所述步骤4)中,在100~600℃的温度下在空气中退火2~6h。
4.一种权利要求1所述立方晶型氧化铟合成方法合成的方晶型氧化铟在电催化氮还原反应中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011505227.3A CN112520783A (zh) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011505227.3A CN112520783A (zh) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112520783A true CN112520783A (zh) | 2021-03-19 |
Family
ID=75001517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011505227.3A Pending CN112520783A (zh) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112520783A (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101117236A (zh) * | 2007-07-25 | 2008-02-06 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 晶型可控的氧化铟粉末的制备方法 |
CN101857263A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-10-13 | 东华大学 | 一种水热法制备形貌可控纳米氧化铟的方法 |
KR20110057561A (ko) * | 2009-11-24 | 2011-06-01 | 인하대학교 산학협력단 | 열플라즈마를 이용한 인듐-주석 산화물 나노분말의 제조방법 |
CN102234130A (zh) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | 广西民族大学 | 一种简易的制备氧化铟纳米立方体的方法 |
CN102963922A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-03-13 | 河南圣玛斯光电科技有限公司 | 一种立方晶型氧化铟的水热合成方法 |
CN103408064A (zh) * | 2013-08-01 | 2013-11-27 | 江苏大学 | 微波辅助水热法制备氧化铟立方块的方法 |
CN105271371A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-27 | 武汉工程大学 | 一种花状氧化铟微米棒材料及其制备方法和应用 |
CN107140682A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-08 | 吉林大学 | 一种形貌可控的氧化铟粉体及其低温水热合成方法 |
-
2020
- 2020-12-18 CN CN202011505227.3A patent/CN112520783A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101117236A (zh) * | 2007-07-25 | 2008-02-06 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 晶型可控的氧化铟粉末的制备方法 |
KR20110057561A (ko) * | 2009-11-24 | 2011-06-01 | 인하대학교 산학협력단 | 열플라즈마를 이용한 인듐-주석 산화물 나노분말의 제조방법 |
CN102234130A (zh) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | 广西民族大学 | 一种简易的制备氧化铟纳米立方体的方法 |
CN101857263A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-10-13 | 东华大学 | 一种水热法制备形貌可控纳米氧化铟的方法 |
CN102963922A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-03-13 | 河南圣玛斯光电科技有限公司 | 一种立方晶型氧化铟的水热合成方法 |
CN103408064A (zh) * | 2013-08-01 | 2013-11-27 | 江苏大学 | 微波辅助水热法制备氧化铟立方块的方法 |
CN105271371A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-27 | 武汉工程大学 | 一种花状氧化铟微米棒材料及其制备方法和应用 |
CN107140682A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-08 | 吉林大学 | 一种形貌可控的氧化铟粉体及其低温水热合成方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
LE HE ET AL.: ""Spatial Separation of Charge Carriers in In2O3−x(OH)y Nanocrystal Superstructures for Enhanced Gas-Phase Photocatalytic Activity"", 《ACS NANO》 * |
PING WANG ET AL.: ""In2O3 nanoparticle-reduced graphene oxide hybrid for electrocatalytic nitrogen fixation-Computational and experimental studies"", 《JOURNAL OF MATERIAL SCIENCE》 * |
刘继江: ""氧化铟材料的形貌可控制备及其乙醇气敏性能研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
赵海涛等: "氧化铟掺杂的氧化镓光催化固氮性能研究", 《环境科学学报》 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113751029B (zh) | 一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用 | |
CN109201083A (zh) | 一种纳米花状二硫化钒/羟基氧化钒双功能复合电催化剂及其制备方法 | |
CN105322183B (zh) | 一种二氧化碳电化学还原反应用电极的制备方法 | |
CN112323089A (zh) | 一种全固相熔融盐合成掺杂碳纳米片催化剂的方法及其产品和应用 | |
CN107335433A (zh) | 一种氧化钼基高效电催化析氢催化剂的制备方法 | |
CN113718275A (zh) | 一种多孔棒状Co/C纳米棒复合材料的制备方法 | |
CN114477320B (zh) | 一种pem水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法 | |
CN113862701B (zh) | 一种铜单原子催化材料与电极的制备方法及其在硝酸盐还原产氨中的应用 | |
CN113005477B (zh) | 一种磷硫共掺杂石墨烯负载Mo2C复合材料的制备方法 | |
CN111013619B (zh) | 一种催化剂用碳化钼纳米棒及其制备方法与应用 | |
CN112657521A (zh) | 一种原位生长在碳布上的铬掺杂磷化钴纳米棒阵列的制备方法 | |
CN109908887B (zh) | 一种微氧化导电炭黑担载纳米金属铋催化剂及其应用 | |
CN116623193A (zh) | 盐辅助合成富缺陷过渡金属m-nc多孔纳米片材料及其制备方法和应用 | |
CN114836781B (zh) | 一种片层状Cu基N掺杂石墨烯催化剂的制备方法及其应用 | |
CN112520783A (zh) | 立方晶型氧化铟的合成及其在电催化氮还原中的应用 | |
CN109569285A (zh) | 基于氮掺杂的石墨烯基电催化剂及其制备和应用 | |
CN114481188A (zh) | 一种表面氮掺杂电极制备方法 | |
CN113903911A (zh) | 一种由天然琼脂衍生的碗状碳/二硫化钼复合材料的制备方法及其应用 | |
CN108751168B (zh) | 一种用于光生阴极防腐的锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法 | |
CN113976879A (zh) | 碳层包覆钴铁合金纳米核壳结构及制备方法 | |
CN113880141A (zh) | 一种Cu3Mo2O9纳米片阵列及其制备方法 | |
CN112626549A (zh) | 一种钛掺杂二氧化锡电催化材料及其制备方法和电催化固氮的应用 | |
CN112458485A (zh) | 一种CoFe2O4/F-Ag2MoO4复合材料的制备方法 | |
CN111268723A (zh) | 控制二氧化锡形貌的方法、锡-二氧化锡复合材料及应用 | |
CN110721687A (zh) | 一种自支撑多孔Fe2O3纳米棒阵列电催化剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210319 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |