铜基合金材料在电催化硝酸根产氨中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

氨作为最常见的工业化学品之一，不仅在农业、纺织业、制药产业等扮演重要角色，还可作为新一代高能量密度的能源载体被人类利用。目前，传统工业合成氨是通过高温高压条件下的哈伯法，生产过程中原料气体的分离、纯化与制备伴随着大量温室气体的排放和能源消耗。近来，利用水作为氢源的人工固氮模式引起了广泛关注，但打破氮气中键能很高的氮氮三键仍然是一个重大挑战。因此，发展新型合成路线在温和条件下实现氨的高效合成迫在眉睫。大量的硝酸盐通过人为活动排放到生物圈，严重污染了地表水和地下含水层。相比于硝酸根，氨可以相对容易地从其水溶液中回收利用。因此，将水中过量的硝酸盐作为氮源转化为可循环利用的氨，从环保和节能的角度来说都具有重要意义。但是，硝酸盐到氨的八电子还原过程复杂，且有竞争性的析氢反应，使得该工艺的选择性和法拉第效率相对较低。近年来，铜基材料因其对电解水析氢的有效抑制作用，被广泛应用于二氧化碳和氧气的电还原。此外，由于电还原过程也可使得催化材料的结构重组，因此揭示催化过程中铜基材料的活性物种，对于从基础认识到合理设计硝酸根还原制氨的电催化剂都具有重要意义。

2. 研究内容和预期目标

利用可再生能源催化硝酸盐还原为氨(nra)，为实现硝酸盐循环提供了一条有效的途径。具体研究内容包括：

一种独特的cufe催化剂的制备，它通过合理地将fe掺杂到cu中，使其成为一种类似水杉的纳米晶，从而在中性介质中获得高效的nra。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

将fe掺杂到cu中，使cufe成为一种类似元胞的纳米晶。用扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、x射线衍射(xrd)和x射线光电子能谱(xps)研究了cufe的形貌和理化性质。用xrd研究样品的晶体结构。采用三电极结构rdes作为的在工作电极，还有pt饱和甘汞电极(sce)作为柜台电极还有参考电极，铜铁样品的电催化行为与不同的费原子的比率被调查过。nafion117膜分离的h型装置进一步研究nh3选择性催化剂。

1.fe掺杂到cu中

2.用扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、x射线衍射 (xrd)和x射线光电子能谱(xps)研究cu，fe的形貌和理化性质

4. 参考文献

[1] a) j. g. chen, r. m. crooks, l. c.seefeldt, k. l. bren, r. m. bullock, m. y.

darensbourg, p. l. holland, b. hoffman, m.j. janik, a. k. jones, m. g.

kanatzidis, p. king, k. m. lancaster, s. v.lymar, p. pfromm, w. f.

5. 计划与进度安排

(1)2022.1~2月，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告，翻译文献；

(2)2022.3月, 询问导师，实施预实验，为实验的成功打好基础；

(3)2022.4~中上旬，进行实验；