上海大学：化学实验教学中心（讲义）综合化学提高实验（2021，共十个）

综合化学提高实验（强）讲义上海大学理学院化学系2020-2021学年春季学期

综合化学提高实验（强）讲义 上海大学理学院化学系 2020-2021 学年春季学期

目录实验一铜纳米溶胶的合成及其在氮气电催化还原中的应用..实验二耐火隔热材料的制备及其导热系数的测定-10-实验三相图计算和相图测定。22 -实验四3-（4-氰基苯基)异嗯唑甲酸乙酯的合成.- 27 -实验五三苯甲醇的制备。-31-实验六研磨法制备5-芳叉巴比妥酸.34 -实验七含铜金属配合物的合成及其与牛血清白蛋白的相互作用-37-实验八化学镀Ni-P合金的热力学研究，40-实验九二氧化锰电极的制备及循环伏安曲线测量分析.-44-实验十纳米TiO2的制备及光催化性能表征，51

目 录 实验一 铜纳米溶胶的合成及其在氮气电催化还原中的应用 . - 1 - 实验二 耐火隔热材料的制备及其导热系数的测定 . - 10 - 实验三 相图计算和相图测定. - 22 - 实验四 3-（4-氰基苯基)异噁唑甲酸乙酯的合成 . - 27 - 实验五 三苯甲醇的制备. - 31 - 实验六 研磨法制备 5-芳叉巴比妥酸. - 34 - 实验七 含铜金属配合物的合成及其与牛血清白蛋白的相互作用- 37 - 实验八 化学镀 Ni-P 合金的热力学研究. - 40 - 实验九 二氧化锰电极的制备及循环伏安曲线测量分析 . - 44 - 实验十 纳米 TiO2的制备及光催化性能表征. - 51 -

实验一铜纳米溶胶的合成及其在氮气电催化还原中的应用一、实验目的1.．了解电催化剂、氮气还原反应、氨产率以及法拉第效率的概念。2.掌握紫外分光光度计的基本原理及使用方法。3.计算铜溶胶的氨产率以及法拉第效率。二、实验原理1.电催化的定义：在电场作用下电极表面或液相中的物质促进或抑制电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液中物质本身并不发生变化的化学作用。与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，对电化学反应进行促进叫电催化电极。2.氮气电催化还原的意义：NH3是全世界需求最高的具有高利用价值的化学品之一，广泛用于农业肥料，药物制造和工业原料等方面。工业规模产氨过程强烈依赖于20世纪初延续至今的传统Haber-Bosch法。该法涉及到大量的化石燃料，并且存在一些缺点，例如高温(>300C)，高压(>10MPa)，工厂建造的基础设施复杂，能源消耗巨大（占据超过世界每年总产能的1%）且可产生大量的二氧化碳排放（每生成8molNH即排放3molCO）。电催化还原氮气方法条件温和，常温常压下利用电能，在水溶液中发生氮气还原反应即可产生氨气，质子源为水溶液中的H，不需要氢气，对环境友好，提供了一种新型简便且可持续的方式。3.氮气电催化还原的简介：电催化还原氮气（ENRR）是质子耦合电子转移反应，包括6个电子的转移。ENRR在酸性的标准平衡电位（相对于可逆氢电极，reversiblehydrogenelectrode，RHE）如下所示：E°=0.0577 vs. RHE [2]N2 (g) +6H*+6e'→ 2NH3 (g)E°=0.000vs.RHE2H*+2e-→H2 (g)因此，理论上施加负电位可以驱动ENRR，但是由于ENRR和析氢反应（Hydrogenevolutionreaction,HER）理论过电位十分接近，HER成为ENRR中-1-

- 1 - 实验一 铜纳米溶胶的合成及其在氮气电催化还原中的应用 一、实验目的 1. 了解电催化剂、氮气还原反应、氨产率以及法拉第效率的概念。 2. 掌握紫外分光光度计的基本原理及使用方法。 3. 计算铜溶胶的氨产率以及法拉第效率。 二、实验原理 1. 电催化的定义：在电场作用下电极表面或液相中的物质促进或抑制电极 上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液中物质本身并不发生变化的化学作 用。 与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，对电化学反应进行促 进叫电催化电极。 2．氮气电催化还原的意义：NH3 是全世界需求最高的具有高利用价值的化 学品之一，广泛用于农业肥料，药物制造和工业原料等方面。工业规模产氨过程 强烈依赖于 20 世纪初延续至今的传统 Haber-Bosch 法。该法涉及到大量的化石 燃料，并且存在一些缺点，例如高温(> 300 °C)，高压(> 10 MPa) [1]，工厂建造的 基础设施复杂，能源消耗巨大（占据超过世界每年总产能的 1％）且可产生大量 的二氧化碳排放（每生成 8 mol NH3 即排放 3 mol CO2）。电催化还原氮气方法条 件温和，常温常压下利用电能，在水溶液中发生氮气还原反应即可产生氨气，质 子源为水溶液中的 H +，不需要氢气，对环境友好，提供了一种新型简便且可持 续的方式。 3. 氮气电催化还原的简介：电催化还原氮气（ENRR）是质子耦合电子转 移反应，包括 6 个电子的转移。ENRR 在酸性的标准平衡电位（相对于可逆氢电 极，reversible hydrogen electrode，RHE）如下所示： N2 (g) +6H+ +6e-→ 2NH3 (g) E0 =0.0577 vs. RHE [2] 2H+ +2e-→H2 (g) E0 =0.000 vs. RHE 因此，理论上施加负电位可以驱动 ENRR，但是由于 ENRR 和析氢反应 （Hydrogen evolution reaction, HER）理论过电位十分接近， HER 成为 ENRR 中

的主要竞争反应，使得ENRR法拉第效率普遍较低。目前氮气电催化还原中应用的催化剂有以下几类：1）金属：金[3]、钯[4]、钉[5]、[6]、钼[7]、铁[8]等。2）金属氧化物：三氧化二铁[9]、三氧化二铬[10]、五氧化二锯[11]、二氧化钛[12]等。3）金属氮化物：氮化钒[13]等。4金属碳化物：碳化钛[14]、碳化钼[15]等。5）金属磷化物：磷化钻[16]。6）非金属：碳化硼[17]等。7）碳材料：氮掺杂的石墨烯[18]等。8）有机材料：聚苯胺膜[19]等。4.氨产率以及NH3法拉第效率(FE)的计算方法如下：（1）FE：由合成NH3消耗的电荷量与通过电极的总电荷量计算得出，用以评估催化剂的选择性。FE=（3F×CNH3×V)/Q（2）NH3产率：单位时间单位催化剂负载面积所产生的氨气的质量，单位为μg/h/cm2，用以评估催化剂的活性。NHs产率=(CNH3×V)/(t×A)其中3代表每分子氨气需要转移的电子数，F代表法拉第常数(96485Cmol)，CNHs代表测得的NHs浓度（μg/mL)，V代表电解液的体积（L)，Q代表电解过程中消耗的总电荷量（C)，t代表电解时间(1h)，A代表催化剂的涂覆面积（cm2)。5.靛酚蓝法检测铵根离子[20]：0 + NH, + 3C10Catast0-0+2H0+OH+3CIT氨气与水杨酸和次氯酸在碱性溶液中发生反应，生成靛酚蓝色物质，在655nm处有特征的紫外吸收峰。硝普钠用作催化剂强化靛酚反应的颜色变化，柠檬酸缓冲液用来稳定反应溶液pH值。-2-

- 2 - 的主要竞争反应，使得 ENRR 法拉第效率普遍较低。目前氮气电催化还原中应 用的催化剂有以下几类： 1） 金属：金[3]、钯[4]、钌[5]、铑[6]、钼[7]、铁[8]等。 2） 金属氧化物：三氧化二铁[9]、三氧化二铬[10]、五氧化二铌[11]、二氧化钛[12] 等。 3） 金属氮化物：氮化钒[13]等。 4） 金属碳化物：碳化钛[14]、碳化钼[15]等。 5） 金属磷化物：磷化钴[16]。 6） 非金属：碳化硼[17]等。 7） 碳材料：氮掺杂的石墨烯 [18] 等。 8） 有机材料：聚苯胺膜[19]等。 4. 氨产率以及 NH3 法拉第效率(FE)的计算方法如下： （1）FE：由合成 NH3 消耗的电荷量与通过电极的总电荷量计算得出，用以评 估催化剂的选择性。FE = (3F × CNH3 × V)/Q （2）NH3 产率：单位时间单位催化剂负载面积所产生的氨气的质量，单位为μ g/h/cm2，用以评估催化剂的活性。NH3 产率 = (CNH3 × V)/(t × A) 其中 3 代表每分子氨气需要转移的电子数，F 代表法拉第常数(96485 C mol-1 )， CNH3代表测得的 NH3 浓度 (μ g/mL)，V 代表电解液的体积 (L)，Q 代表电解过 程中消耗的总电荷量 (C)，t 代表电解时间(1 h)，A 代表催化剂的涂覆面积 (cm2 )。 5. 靛酚蓝法检测铵根离子[20]： 氨气与水杨酸和次氯酸在碱性溶液中发生反应，生成靛酚蓝色物质，在 655nm 处有特征的紫外吸收峰。硝普钠用作催化剂强化靛酚反应的颜色变化， 柠檬酸缓冲液用来稳定反应溶液 pH 值

0.25(a)(b)0.1μg/mL0.2μg/mL655nm0.3μg/mL0.200.4Mg/mL0.5μg/mL0.15oNHStandard Curve0.10y=0.454X+0.00180.05R'=0.99917007505005506006508000.10.20.50.30.4Wavelength(/nm)Concentration(NH ,μg mL')图1：（a)在室温下反应2h后，靛酚蓝法测定的不同NH4+浓度的紫外-可见曲线；(b)利用NH4+浓度测定NH3产量的标准曲线6.紫外分光光度计原理：由于分子中的某些基团吸收了紫外可见辐射光后，发生了电子能级跃迁而产生的吸收光谱。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，根据这一特性，可对物质进行定性分析。由于物质浓度的不同，吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度也不相同，从而通过对物质吸光度或透过率的测量判定该物质的含量，这就是分光光度定性和定量分析的基础，也是分析仪器紫外可见分光光度计的工作原理。图2：紫外分光光度计照片3-

- 3 - 图 1：(a)在室温下反应 2 h 后，靛酚蓝法测定的不同 NH4+浓度的紫外-可见曲线； (b)利用 NH4+浓度测定 NH3 产量的标准曲线 6. 紫外分光光度计原理：由于分子中的某些基团吸收了紫外可见辐射光后， 发生了电子能级跃迁而产生的吸收光谱。由于各种物质具有各自不同的分子、原 子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质 就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，根据这一特性，可对物质进行定性分析。 由于物质浓度的不同，吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度也不相同，从而通 过对物质吸光度或透过率的测量判定该物质的含量，这就是分光光度定性和定量 分析的基础，也是分析仪器紫外可见分光光度计的工作原理。 图 2：紫外分光光度计照片

7.电化学测试装置：Electrochemical WorkstationReferenceWorkingCounterElectrodeElectrodeElectrode20-NMFCH,OONHON002图3：H型电解池装置示意图[21]图4：H型电解池照片三、实验仪器和试剂表1主要试剂规格试剂名称生产厂家AR国药集团化学试剂有限公司无水乙醇(C,H,OH)AR国药集团化学试剂有限公司氢氧化钾(KOH)聚乙烯吡咯烷酮（PVP）AR国药集团化学试剂有限公司AR氯化铵(NH4CI)国药集团化学试剂有限公司-4 -

- 4 - 7. 电化学测试装置： 图 3：H 型电解池装置示意图 [21] 图 4：H 型电解池照片 三、实验仪器和试剂 表 1 主要试剂 试剂名称 规格 生产厂家 无水乙醇(C2H5OH) AR 国药集团化学试剂有限公司 氢氧化钾(KOH) AR 国药集团化学试剂有限公司 聚乙烯吡咯烷酮（PVP） AR 国药集团化学试剂有限公司 氯化铵(NH4Cl) AR 国药集团化学试剂有限公司

AR水杨酸(C6H4(OH)(COOH))国药集团化学试剂有限公司AR国药集团化学试剂有限公司乙酸铜（Cu(OAc)·H,O）AR乙二醇（EG)国药集团化学试剂有限公司硝基铁氰化钠AR国药集团化学试剂有限公司(CsFeNNa2O)AR氢氧化钠(NaOH)国药集团化学试剂有限公司AR次氯酸钠(NaCIO)国药集团化学试剂有限公司高纯氮气（N2）99.999%上海彭浦液化空气有限公司5 wt%Nafion溶液美国杜邦（DuPont）公司Nafion117离子交换膜美国杜邦（DuPont）公司石墨电极≥99.99%天津艾达科技有限公司≥99.99%饱和KCI的Ag/AgCI电极天津艾达科技有限公司表2主要实验仪器型号设备名称生产厂家紫外分光光度计TU-1950北京普析FA2004电子天平上海方瑞仪器有限公司PGSTAT302NAutolab电化学工作站瑞士万通电解池H型天津艾达科技有限公司超纯水系统德国西门子LaboStar 1-DI数控超声波清洗器KQ3200DE昆山市超声仪器有限公司JT-2恒温磁力搅拌器江苏金坛市荣华仪器制造有限公司高速离心机LG10-2.4A北京雷勃尔有限公司四、实验步骤1.铜溶胶的制备：采用多元醇热还原法，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为保护剂，乙二醇（EG）作为溶剂及还原剂，制备出Cu溶胶。首先，以EG作为溶剂，分别配制6.36mMCu(OAc)·H2O、191mMPVP（指单体的浓度，单体分子-5-

- 5 - 水杨酸(C6H4(OH)(COOH)) AR 国药集团化学试剂有限公司 乙酸铜（Cu(OAc)2•H2O） AR 国药集团化学试剂有限公司 乙二醇（EG） AR 国药集团化学试剂有限公司 硝基铁氰化钠 AR 国药集团化学试剂有限公司 (C5FeN6Na2O) 氢氧化钠(NaOH) AR 国药集团化学试剂有限公司 次氯酸钠(NaClO) AR 国药集团化学试剂有限公司 高纯氮气（N2） 99.999 % 上海彭浦液化空气有限公司 Nafion 溶液 Nafion117 离子交换膜 5 wt% — 美国杜邦（DuPont）公司 美国杜邦（DuPont）公司 石墨电极 ≥99.99% 天津艾达科技有限公司 饱和 KCl 的 Ag|AgCl 电极 ≥99.99% 天津艾达科技有限公司 表 2 主要实验仪器 设备名称 型号 生产厂家 紫外分光光度计 TU-1950 北京普析 电子天平 FA2004 上海方瑞仪器有限公司 Autolab 电化学工作站 PGSTAT302N 瑞士万通 电解池 H 型 天津艾达科技有限公司 超纯水系统 LaboStar 1-DI 德国西门子 数控超声波清洗器 KQ3200DE 昆山市超声仪器有限公司 恒温磁力搅拌器 JT-2 江苏金坛市荣华仪器制造有限公司 高速离心机 LG10-2.4A 北京雷勃尔有限公司 四、实验步骤 1.铜溶胶的制备：采用多元醇热还原法，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为保 护剂，乙二醇（EG）作为溶剂及还原剂，制备出 Cu 溶胶。首先，以 EG 作为溶 剂，分别配制 6.36 mM Cu(OAc)2• H2O、191 mM PVP（指单体的浓度，单体分子

量为11lg/mol)。准确量取10mLCu(OAc)2?H20、10mLPVP于100mL三口烧瓶中，将三口烧瓶浸入180℃的油浴锅中加热2h。2.Cu溶胶的表征：纳米Cu在紫外可见光范围内591nm处存在特征吸收峰，采用紫外可见吸收光谱（UV-Vis）对用乙二醇稀释2倍之后的Cu溶胶原液进行光谱扫描，波长范围为500~800nm。3.Cu纳米颗粒的制备：预先称量好空离心管的质量，油浴加热完成后在离心机内8000rpm离心15min。将离心后得到的沉淀物在乙醇和超纯水中各离心一次，每次离心15min。最后称量离心管和沉淀物的总质量，得到沉淀物的质量。4.电极制备：在含沉淀物的离心管中加入相应体积的乙醇和5(wt)%Nafion溶液（1mg催化剂对应90L乙醇和10μL5（wt)%Nafion）于2mL玻璃瓶中，超声分散30min以上，至ink呈均匀墨水状。分批吸取所配制的催化剂溶液20μL、20μL、，20μL均匀滴涂在碳纸上，每次滴涂后待烘干再滴第二次。滴涂面积为0.5*1cm，最终得到的催化剂负载量为1mgcm2，红外灯下烘干待用。5.靛酚蓝法[20]测定标准铵根离子曲线：1）0.1MKOH溶液：1.4gKOH定容至250mL。用作氮还原的电解液以及标准氯化铵溶液的溶剂。2）10ugNH3/mL标准溶液：用0.1MKOH溶液将0.003146gNH4Cl定容至100mL容量瓶中。3）显色剂的配制：A：4gNaOH+5g水杨酸+5g柠檬酸钠，去离子水定容于100mL容量瓶；B：8.9mL有效氯4%NaCIO，去离子水定容至100mL容量瓶；C:0.25gCsFeNgNa20硝基铁氰化钠，去离子水定容于25mL容量瓶3）系列标准浓度的氯化铵溶液：分别从10ugNH3/mL标准溶液取20,40,80，120，160和200PL于20mL样品瓶中，加入0.10MKOH溶液至2mL，得到0.1,0.2,0.4,0.6,0.8和1μgNH3/mL的标准溶液。4）显色反应：在不同浓度标准氯化铵溶液加入2mLA溶液再加入1mLB溶液，最后加入0.2mLC溶液。在室温下静置1小时后，使用紫外可见分光光度计进行光谱扫描，扫描波长范围为500~800nm，基于655nm波长处的吸光度确定靛酚蓝的形成。于4mL0.1MKOH中按上述步骤滴加各显色剂的2倍作-6-

- 6 - 量为 111g/mol）。 准确量取 10 mL Cu(OAc)2• H2O、10 mL PVP 于 100 mL 三口 烧瓶中，将三口烧瓶浸入 180℃的油浴锅中加热 2 h。 2. Cu 溶胶的表征：纳米 Cu 在紫外可见光范围内 591 nm 处存在特征吸收峰， 采用紫外可见吸收光谱（UV-Vis）对用乙二醇稀释 2 倍之后的 Cu 溶胶原液进行 光谱扫描，波长范围为 500~800 nm。 3. Cu 纳米颗粒的制备：预先称量好空离心管的质量，油浴加热完成后在离 心机内 8000 rpm 离心 15 min。将离心后得到的沉淀物在乙醇和超纯水中各离心 一次，每次离心 15 min。最后称量离心管和沉淀物的总质量，得到沉淀物的质量。 4. 电极制备：在含沉淀物的离心管中加入相应体积的乙醇和 5 (wt) % Nafion 溶液（1mg 催化剂对应 90 μ L 乙醇和 10 μ L 5 (wt) % Nafion）于 2 mL 玻璃瓶 中，超声分散 30 min 以上，至 ink 呈均匀墨水状。分批吸取所配制的催化剂溶液 20 μ L、20μ L、，20μ L 均匀滴涂在碳纸上，每次滴涂后待烘干再滴第二次。滴 涂面积为 0.5 * 1cm，最终得到的催化剂负载量为 1 mg cm-2 , 红外灯下烘干待用。 5. 靛酚蓝法 [20]测定标准铵根离子曲线： 1）0.1 M KOH 溶液：1.4 g KOH 定容至 250 mL。用作氮还原的电解液以及 标准氯化铵溶液的溶剂。 2）10ugNH3/ mL 标准溶液：用 0.1 M KOH 溶液将 0.003146g NH4Cl 定容至 100mL 容量瓶中。 3）显色剂的配制： A：4g NaOH+5 g 水杨酸+5 g 柠檬酸钠，去离子水定容于 100 mL 容量瓶； B：8.9 mL 有效氯 4% NaClO ，去离子水定容至 100 mL 容量瓶； C: 0.25 g C5FeN6Na2O 硝基铁氰化钠，去离子水定容 于 25 mL 容量瓶 3）系列标准浓度的氯化铵溶液：分别从 10ugNH3/ mL 标准溶液取 20, 40, 80, 120, 160 和 200 μ L 于 20 mL 样品瓶中，加入 0.10 M KOH 溶液至 2 mL，得到 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 和 1 µgNH3/mL 的标准溶液。 4）显色反应：在不同浓度标准氯化铵溶液加入 2 mL A 溶液再加入 1 mL B 溶液，最后加入 0.2 mL C 溶液。在室温下静置 1 小时后，使用紫外可见分光光 度计进行光谱扫描，扫描波长范围为 500~800 nm，基于 655 nm 波长处的吸光 度确定靛酚蓝的形成。于 4 mL 0.1 M KOH 中按上述步骤滴加各显色剂的 2 倍作

为空白样品用以基线的校准。将所测吸光度和相应氨气浓度绘制得到标准曲线利用线性拟合得到的线性方程计算待测氨气浓度。6.电化学测试：构建三电极体系，负载在碳纸上的铜溶胶作为阴极，银/氯化银作为参比电极，碳棒作为对电极，电解液为0.1MKOH，测试前预先以一定流速（20sccm）通入高纯氮气20min以除去溶液中的氧气，使溶液中的氮气饱和。并在随后的反应中持续通入N2，保持流速20mLmin。选择20mLminl的流速可以保证充足的N，到达电极表面，同时避免大量气泡冲击表面造成干扰。为了确定氮气电催化还原中施加的电位，需要在氮气饱和的0.1MKOH溶液中对合成的催化剂修饰的碳纸电极进行线性扫描伏安法（LSV）测试，电位范围为-0.965V~-1.765V(vs.Ag/AgCl)，扫速为50mVs。在-1.4Vvs.Ag/AgCl下电解1h，保持氮气持续通入。每次电解前要通过工作站上的自动R补偿功能对溶液电阻进行补偿，所显示的电位均通过公式转换成相对可逆氢电极电位(RHE):E(vs.RHE)=E(vs.Ag/AgCD)+0.197+0.0591*pH7.提取阴极室中的电解液2mL，按标准铵根离子测定方法测定产氨浓度，并计算其氨产率和法拉第效率。五、实验数据记录和处理1.将标准氯化铵溶液的吸光度记录于下表中并绘制氨气的标准曲线。吸光度NH浓度0.1μ g/mL0.2μ g/mL0.4μ g/mL0.6μ g/mL0.8μ g/mLIμ g/mL-7-

- 7 - 为空白样品用以基线的校准。将所测吸光度和相应氨气浓度绘制得到标准曲线， 利用线性拟合得到的线性方程计算待测氨气浓度。 6. 电化学测试：构建三电极体系，负载在碳纸上的铜溶胶作为阴极，银/氯 化银作为参比电极，碳棒作为对电极，电解液为 0.1 M KOH，测试前预先以一定 流速（20sccm）通入高纯氮气 20min 以除去溶液中的氧气，使溶液中的氮气饱 和。并在随后的反应中持续通入 N2，保持流速 20 mL min-1。选择 20 mL min-1 的 流速可以保证充足的 N2 到达电极表面，同时避免大量气泡冲击表面造成干扰。 为了确定氮气电催化还原中施加的电位，需要在氮气饱和的 0.1 M KOH 溶液中 对合成的催化剂修饰的碳纸电极进行线性扫描伏安法（LSV）测试，电位范围为 －0.965 V~－1.765 V (vs. Ag/AgCl)，扫速为 50 mV s-1。在－1.4 V vs. Ag/AgCl 下 电解 1 h，保持氮气持续通入。每次电解前要通过工作站上的自动 iR 补偿功能对 溶液电阻进行补偿，所显示的电位均通过公式转换成相对可逆氢电极电位 （RHE）： 7．提取阴极室中的电解液 2 mL，按标准铵根离子测定方法测定产氨浓度， 并计算其氨产率和法拉第效率。 五、实验数据记录和处理 1．将标准氯化铵溶液的吸光度记录于下表中并绘制氨气的标准曲线。 NH3 浓度 吸光度 0.1μ g/mL 0.2μ g/mL 0.4μ g/mL 0.6μ g/mL 0.8μ g/mL 1μ g/mL

2.铜溶胶电催化还原氮气产生氨气的产率和法拉第效率。记录t曲线，积分得到电量Q。QIC吸光度氨气浓度/μg/mL氨产率/μg/h/cmFE/%Cu溶胶六、思考题1.影响氨气产率的因素有哪些？2.影响氨气标准曲线的线性因素。3.对目前氮气电化学还原制氨现状的自我理解和认识。参考文献[1] B. Cui, J. Zhang, S. Liu, X. Liu, W. Xiang, L. Liu, H. Xin, MJ. Lefler, S. Licht, Electrochemical synthesis ofammonia directly from N2 and water over iron-based catalysts supported on activated carbon, GreenChemistry19(1)(2017)298-304.https://doi.org/10.1039/C6GC02386J[2] W. Guo, K. Zhang, Z. Liang, R. Zou, Q. Xu, Electrochemical nitrogen fixation and utilization: theories,advanced catalyst materials and system design, Chemical Society Reviews 48(24)(2019)5658-5716https://doi.org/10.1039/C9CS00159J[3] Y.Yao, S. Zhu, H.Wang, H. Li, M. Shao, A Spectroscopie Study on the Nitrogen ElectrochemicalReduction Reaction on Gold and Platinum Surfaces, Journal of the American Chemical Society 140(4) (2018)1496-1501.https://doi.0rg/10.1021/iacs.7b12101[4] J. Wang, L. Yu, L. Hu, G Chen, H. Xin, X. Feng, Ambient ammonia synthesis via palladium-catalyzedelectrohydrogenation of dinitrogen at low overpotential, Nature Communications 9(1)(2018)1795https://doi.org/10.1038/s41467-018-04213-9[5] D. Wang, L.M. Azofra, M. Harb, L. Cavallo, X. Zhang, B.H.R. Suryanto, D.R. MacFarlane, Energy-EfficientNitrogen Reduction to Ammonia at Low Overpotential in Aqueous Electrolyte under Ambient Conditions,ChemSusChem11(19)(2018)3416-3422.https//doi.0org/https://doi.org/10.1002/cssc.201801632[6] H-M. Liu, S.-H. Han, Y. Zhao, Y-Y. Zhu, X.-L. Tian, J.-H, Zeng, J.-X. Jiang, B.Y. Xia, Y. Chen,Surfactant-free atomically ultrathin rhodium nanosheet nanoassembliesfor efficient nitrogenelectroreduction, Journal ofMaterials ChemistryA6(7) (2018)3211-3217.https://doi.org/10.1039/C7TA10866D[7] D.Yang,T.Chen, Z.Wang, Electrochemical reduction of aqueous nitrogen (N2) at a low overpotential on(110)-orientedMonanofilm,JournalofMaterialsChemistryA5(36)(2017)18967-18971https://doi.org/10.1039/C7TA06139K[8] L. Hu, A. Khaniya, J. Wang, G. Chen, W.E. Kaden, X. Feng, Ambient Electrochemical Ammonia Synthesiswith High Selectivity on Fe/Fe Oxide Catalyst,ACS Catalysis 8(10)(2018)9312-9319https://doi.org/10.1021/acscatal.8b02585[9] S. Chen, S. Perathoner, C.Ampelli, C. Mebrahtu, D. Su, G Centi, Electrocatalytic Synthesis of Ammonia atRoom Temperature and Atmospheric Pressure from Water and Nitrogen on a Carbon-Nanotube-BasedEdition(2017)2699-2703Electrocatalyst,AngewandteChemie International56(10)https://doi.org/https://doi.org/10.1002/anie.201609533.[1o] Y. Zhang, W. Qiu, Y. Ma, Y. Luo, Z. Tian, G Cui, F. Xie, L. Chen, T. Li, X. Sun, High-Performance-8-

- 8 - 2. 铜溶胶电催化还原氮气产生氨气的产率和法拉第效率。记录 it 曲线，积分 得到电量 Q。 Q/C 吸光度 氨气浓度/μ g/mL 氨产率/μ g/h/cm2 FE/% Cu 溶胶 六、思考题 1. 影响氨气产率的因素有哪些？ 2. 影响氨气标准曲线的线性因素。 3. 对目前氮气电化学还原制氨现状的自我理解和认识。 参考文献 [1] B. Cui, J. Zhang, S. Liu, X. Liu, W. Xiang, L. Liu, H. Xin, M.J. Lefler, S. Licht, Electrochemical synthesis of ammonia directly from N2 and water over iron-based catalysts supported on activated carbon, Green Chemistry 19(1) (2017) 298-304. https://doi.org/10.1039/C6GC02386J. [2] W. Guo, K. Zhang, Z. Liang, R. Zou, Q. Xu, Electrochemical nitrogen fixation and utilization: theories, advanced catalyst materials and system design, Chemical Society Reviews 48(24) (2019) 5658-5716. https://doi.org/10.1039/C9CS00159J. [3] Y. Yao, S. Zhu, H. Wang, H. Li, M. Shao, A Spectroscopic Study on the Nitrogen Electrochemical Reduction Reaction on Gold and Platinum Surfaces, Journal of the American Chemical Society 140(4) (2018) 1496-1501. https://doi.org/10.1021/jacs.7b12101. [4] J. Wang, L. Yu, L. Hu, G. Chen, H. Xin, X. Feng, Ambient ammonia synthesis via palladium-catalyzed electrohydrogenation of dinitrogen at low overpotential, Nature Communications 9(1) (2018) 1795. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04213-9. [5] D. Wang, L.M. Azofra, M. Harb, L. Cavallo, X. Zhang, B.H.R. Suryanto, D.R. MacFarlane, Energy-Efficient Nitrogen Reduction to Ammonia at Low Overpotential in Aqueous Electrolyte under Ambient Conditions, ChemSusChem 11(19) (2018) 3416-3422. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/cssc.201801632. [6] H.-M. Liu, S.-H. Han, Y. Zhao, Y.-Y. Zhu, X.-L. Tian, J.-H. Zeng, J.-X. Jiang, B.Y. Xia, Y. Chen, Surfactant-free atomically ultrathin rhodium nanosheet nanoassemblies for efficient nitrogen electroreduction, Journal of Materials Chemistry A 6(7) (2018) 3211-3217. https://doi.org/10.1039/C7TA10866D. [7] D. Yang, T. Chen, Z. Wang, Electrochemical reduction of aqueous nitrogen (N2) at a low overpotential on (110)-oriented Mo nanofilm, Journal of Materials Chemistry A 5(36) (2017) 18967-18971. https://doi.org/10.1039/C7TA06139K. [8] L. Hu, A. Khaniya, J. Wang, G. Chen, W.E. Kaden, X. Feng, Ambient Electrochemical Ammonia Synthesis with High Selectivity on Fe/Fe Oxide Catalyst, ACS Catalysis 8(10) (2018) 9312-9319. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b02585. [9] S. Chen, S. Perathoner, C. Ampelli, C. Mebrahtu, D. Su, G. Centi, Electrocatalytic Synthesis of Ammonia at Room Temperature and Atmospheric Pressure from Water and Nitrogen on a Carbon-Nanotube-Based Electrocatalyst, Angewandte Chemie International Edition 56(10) (2017) 2699-2703. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/anie.201609533. [10] Y. Zhang, W. Qiu, Y. Ma, Y. Luo, Z. Tian, G. Cui, F. Xie, L. Chen, T. Li, X. Sun, High-Performance