一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法及其应用

本发明涉及电催化还原二氧化碳，具体涉及了一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法及其在电催化还原二氧化碳领域的应用。

背景技术：

1、随着人类社会和经济的发展，大量化石能源的使用使得大气中的二氧化碳（co2）浓度不断增加，出现了一系列不可忽略的环境问题。因此co2的利用成为几十年来研究者们重点研究的课题之一。电催化还原co2是一种在温和条件下可以将co2转化为有价值的化学品的有效策略，也是碳中性循环的重要组成。该过程通常需要在高过电位下进行，同时消耗电子和质子。由于还原电位相近，析氢反应是电催化还原co2有力的竞争反应。

2、为了解决这些问题，研究人员已经开发了不同的催化剂。其中，双金属催化剂可以通过形成合金或缺陷等多种可控的方式调控双金属催化剂的电子结构，进而有效地调节催化性能，已成为电催化还原co2的高效电催化剂。然而，传统的纳米结构并不总是适用于复杂的co2还原途径，因此需要探究更有效的催化剂设计策略。研究报道，合理修饰双金属催化剂的界面可以调节目标中间体的结合强度，进而可以提高双金属催化剂的选择性和活性。其中，构建相分离结构可以通过协同效应增强电催化还原co2性能。首先，两相界面处的活性位点具有空间位阻小、迁移距离短的优点，有利于与多种中间体的耦合。其次，界面处的晶格畸变提供了大量的活性位点和电荷积累，为优化中间体结合提供了可行途径。本发明制备氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂（cuni/nc），利用两相分离的双金属之间的协同作用，将其作为电催化还原co2的电极材料，此催化材料的制备过程简单，且提高了产物一氧化碳（co）的选择性，有较好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂及其制备方法，以解决现有电催化还原co2催化剂存在法拉第效率和电流密度低的局限。

2、为了达到此目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明所提供的氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：在惰性气氛下，煅烧柠檬酸钠得到黑色固体，所得黑色固体用酸溶液和去离子水依次冲洗，去除无机杂质，最后干燥得到多孔碳；

5、步骤2：将所得到的多孔碳、葡萄糖、镍盐和铜盐按照一定质量比置于水溶液中，超声波处理后，进行离心洗涤干燥后得到混合物；

6、步骤3：将混合物与尿素按照一定质量比研磨混合后放入管式炉中，在惰性气氛下煅烧制得氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂。

7、进一步讲，步骤1中所述的柠檬酸钠可更换为柠檬酸钾；所述酸溶液为hcl、hno3、h2so4或hclo4中的至少一种，洗涤温度为10-30℃，洗涤时间2-4 h；所述干燥为真空干燥，真空度0.02-0.08 mpa，干燥温度为40-80℃，干燥时间为5-24 h。

8、进一步讲，步骤2中所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或多种；所述的铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜中的一种或多种；所述多孔碳:葡萄糖:镍盐：铜盐的质量比为1:(1-10):(0.5-10):(0.5-10)。

9、进一步讲，步骤3中所述的混合物:尿素的质量比为1:(1-10)；所述的煅烧温度为800-1000℃，时间为0.5-10 h。

10、进一步讲，所述的惰性气氛由惰性气体营造，所述的惰性气体为氩气、氦气或氮气中的至少一种。

11、进一步讲，所述的氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法还包括将所述氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂依次进行酸浸渍、洗涤、干燥的步骤。

12、进一步讲，所述的浸渍的温度为20-100℃，时间为1-24 h；所述的酸为hcl、hno3、h2so4或hclo4中的至少一种；所述的洗涤为使用去离子水清洗；所述的干燥为真空干燥，真空度为0.02-0.08 pa，干燥温度为40-80℃，干燥时间为5-24 h。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、1、利用两相分离的双金属之间的协同促进了电催化还原co2的性能；

15、2、所制备的电极材料电催化还原co2生成co的法拉第效率较高，对于产物co的选择性较好。

技术特征：

1.一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中的柠檬酸钠可更换为柠檬酸钾；所述酸溶液为hcl、hno3、h2so4或hclo4中的至少一种，洗涤温度为10-30℃，洗涤时间2-4 h；所述干燥为真空干燥，真空度0.02-0.08 mpa，干燥温度为40-80℃，干燥时间为5-24h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中的镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或多种；所述的铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜中的一种或多种；所述多孔碳:葡萄糖:镍盐:铜盐的质量比为1:(1-10):(0.5-10):(0.5-10)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中的混合物:尿素的质量比为1:(1-10)；所述的煅烧温度为800-1000℃，时间为0.5-10 h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气氛由惰性气体营造，所述惰性气体为氩气、氦气或氮气中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂依次进行酸浸渍、洗涤、干燥的步骤。

7.根据权利要求6中所述的方法，其特征在于，所述浸渍的温度为20-100℃，时间为1-24 h；所述酸为hcl、hno3、h2so4或hclo4中的至少一种；所述洗涤为使用去离子水清洗；所述干燥为真空干燥，真空度为0.02-0.08 pa，干燥温度为40-80℃，干燥时间为5-24 h。

8.一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂，其特征在于，采用权利要求1-7所述的制备方法制得。

9.一种权利要求8所述的氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂作为电催化还原二氧化碳制备一氧化碳的催化剂。

技术总结
本发明公布了一种氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂的制备方法及其应用。所述催化剂的制备方法包括：首先通过煅烧柠檬酸钠制备多孔碳，以多孔碳为基底材料，依次通过浸渍复合和固相高温热解法成功合成了氮掺杂碳负载两相分离双金属铜镍催化剂。本发明制备的催化剂经过电化学测试后发现其具有优异的催化二氧化碳还原生成一氧化碳的性能，在较宽电压范围内具有较高的选择性和电流密度。

技术研发人员：赵红,李敏,李增喜
受保护的技术使用者：中国科学院大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18