本发明属于电化学催化氮还原，具体涉及一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极的制备方法及其在电催化氮还原中的应用。
背景技术：
1、氨(nh3)的生产对工业和农业至关重要，但传统的能源密集型haber–bosch工艺在氨的生产过程中，造成了严重的环境问题。电催化氮还原(nrr)合成氨成为一种可替代haber–bosch工艺的环保方法。然而，必须克服低n2溶解度以及析氢反应(her)的竞争等挑战。为了解决这些问题，设计高效的电催化剂以提升nrr的产氨速率和法拉第效率，成为该领域的研究重点。贵金属钌(ru)在nrr中表现出卓越的催化活性、稳定性和选择性。然而，高昂的成本和低原子利用率却成为其在工业化应用中的制约因素。开发性能更卓越的ru基电催化剂，对实现ru的高效且可持续利用具有重要意义。
2、离子液体凝胶是将离子液体作为分散介质，通过三维空间网络将其限制在固体基体中。这种凝胶不仅可以保留离子液体本身诸多优良特性，还能够使离子液体更稳定地固载于电极上，提供疏水性微环境，使n2能够更好地被富集而充分与催化剂接触，且可以有效抑制析氢反应，促进nrr，使离子液体在电催化反应中能够发挥出更加优异的作用，也为新型催化剂的设计和应用提供了全新的视角和思路。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种电催化氮还原催化效率高的ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极。该修饰电极对电催化氮还原显示出卓越的电催化活性，得到的法拉第效率和产氨速率均较高。
2、本发明采用的技术方案为：
3、一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，制备方法包括如下步骤：
4、1)将ru nps-il、离子液体il和mma溶于丙酮中，涡混1min，再加入aibn引发剂，强烈搅拌后，得到均匀的分散液；
5、2)将步骤1)所得分散液在80℃下加热，进行原位自由基聚合4h后，即可得到runps-il-pmma块凝胶；
6、3)取步骤2)得到的ru nps-il-pmma块凝胶，涂覆在疏水性碳布表面，在室温下放置10min，使ru nps-il-pmma块凝胶和疏水性碳布表面充分结合，制得ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极。
7、进一步的，上述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，所述ru nps-il的制备方法包括如下步骤：
8、2.1)将rucl3·3h2o溶于离子液体il中，加入到圆底烧瓶中，在60℃下搅拌30min，得到均匀的红褐色溶液；
9、2.2)向步骤1)所得红褐色溶液中，逐滴加入nabh4溶液，继续在60℃下搅拌2h，冷却至室温，得到黑色沉淀；
10、2.3)将步骤2)所得黑色沉淀用超纯水洗涤、离心三次，得到ru nps-il。
11、进一步的，上述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，所述离子液体il是1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐[bmim]pf6或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰胺盐[emim]ntf2。
12、更进一步的，上述的ru nps-il的制备方法中，步骤2.2)中，所述nabh4溶液的浓度为0.15m。
13、更进一步的，上述的ru nps-il的制备方法中，步骤2.3)中，所述离心条件为在6000rpm下离心3min。
14、上述任意一项所述的ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极在电催化n2转化为nh3中的应用。
15、进一步的，上述的应用，方法如下：以ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极为工作电极，ag/agcl电极为参比电极，铂片为对电极，0.1m h2so4为电解液，向体系中通入氮气，利用线性伏安扫描法和计时安培法进行电催化n2转化为nh3。
16、更进一步的，上述的应用，所述线性伏安扫描法中，扫描扫速为10mv s-1。
17、更进一步的，上述的应用，所述计时安培法中，电解所用时间为8000s。
18、本发明的有益效果是：
19、1、本发明制备的ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，在温和条件下吸附活化n2并促进n2转化为nh3。离子液体凝胶是将离子液体作为分散介质，通过三维空间网络将其限制在固体基体中。这种凝胶不仅可以保留离子液体本身诸多优良特性，还能够使离子液体更稳定地固载于电极上，提供疏水性微环境，使n2能够更好地被富集而充分与催化剂接触，且可以有效抑制析氢反应，促进电催化nrr，使离子液体在电催化反应中能够发挥出更加优异的作用，也为新型催化剂的设计和应用提供了全新的视角和思路。
20、2、本发明通过以通过自由基聚合法分别制备了ru nps-il-pmma块凝胶，其中pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)构成了凝胶的网络骨架，而疏水性离子液体([emim]ntf2、[bmim]pf6)则是作为液体分散介质，被限域其中，很好地保持了其原有状态。这种离子液体块凝胶的结构通过物理和化学作用，有效地限制了离子液体的活动范围，不仅能够实现对反应底物的富集，而且通过与催化剂的相互作用，显著增大了活性位点的负载量。
21、3、本发明对催化过程中的技术参数进行控制，同时对电极材料的原料进行合理搭配，进而提高了电化学电催化氮还原的效率，提高了产氨速率和法拉第效率。本发明的runps-[emim]ntf2-pmma块凝胶修饰电极在电催化氮还原过程中，在外加电压为-0.3v(vs.rhe)时产氨速率为19.58μg h-1mgcat-1，法拉第效率为16.27％。本发明的ru nps-[bmim]pf6-pmma块凝胶修饰电极在电催化氮还原过程中，在外加电压为-0.3v(vs.rhe)时产氨速率为22.51μg h-1mgcat-1，法拉第效率为18.57％。
1.一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，其特征在于，所述runps-il的制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，其特征在于，所述离子液体il是1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐[bmim]pf6或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰胺盐[emim]ntf2。
4.根据权利要求2所述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，其特征在于，步骤2)中，所述nabh4溶液的浓度为0.15m。
5.根据权利要求2所述的一种ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极，其特征在于，步骤3)中，所述离心条件为在6000rpm下离心3min。
6.权利要求1-5中任意一项所述的ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极在电催化n2转化为nh3中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，方法如下：以ru nps-il-pmma块凝胶修饰电极为工作电极，ag/agcl电极为参比电极，铂片为对电极，0.1m h2so4为电解液，向体系中通入氮气，利用线性伏安扫描法和计时安培法进行电催化n2转化为nh3。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述线性伏安扫描法中，扫描扫速为10mvs-1。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述计时安培法中，电解所用时间为8000s。
