[發明專利]一種超聲法輔助制備交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料的方法及其應用

有效

• 申請號: 201811116046.4
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109267091B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 武大鵬;馬中軍;韓雪云;王紅菊;王義鑫;陳俊良;蔣凱
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B3/04;C25B1/00;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種超聲法輔助制備交聯結構超細Ni/N?C復合催化材料的方法及其應用，屬于電催化技術領域。本發明的技術方案要點為：將硝酸鎳和硝酸鋅溶于甲醇中，再加入2?甲基咪唑，將溶液超聲得到交聯結構Ni/ZIF?8雙金屬有機框架結構材料；再將交聯結構Ni/ZIF?8雙金屬有機框架結構材料置于瓷舟內，碳化，稀鹽酸浸泡得到交聯結構超細Ni/N?C復合催化材料。本發明制備成本低廉且工藝條件溫和，制得的交聯結構超細Ni/N?C復合催化材料具有較大的比表面積和良好的電子傳輸通道，提供了良好的電子的快速傳輸通道，表現出了良好的電催化活性。

技術領域

本發明屬于電催化材料的合成技術領域，具體涉及一種超聲法輔助制備交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料的制備方法及其應用。

背景技術

將二氧化碳轉化為有價值的產品（如CO、CH₄、CH₃OH或HCOO^-等）不僅能夠解決全球環境溫度不斷上升問題，而且能夠將這些產品應用于人們的生產和生活，解決能源循環問題。電催化還原二氧化碳具有可操作性強、易推廣和可以高效利用風能、潮汐和太陽能等清潔能源的特點，已成為研究的一個熱門課題。目前，大量研究采用貴金屬和過渡金屬氮摻雜材料作為催化劑，如金（Zhu W., et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16833-16836.）、銀（Salehi-Khojin, A., et al. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 1627-1632.）、鈀（Gao, D. et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4288-4291.）等貴金屬制備的催化劑應用在電催化還原二氧化碳過程中，具有良好的選擇性和穩定性。但貴金屬催化劑存在制備條件苛刻、工藝復雜、成本高等缺陷，不利于廣泛應用。另外，過渡金屬氮摻雜由于成本低、制備簡單、性質穩定而不斷受到人們重視，如Ni-N-C（Zhao C.,et al. J. Am. Chem.Soc. 2017, 139, 8078-8081.）作為電催化劑使二氧化碳轉化為一氧化碳的法拉第效率為71.9%，但活性位點Ni在材料中只占1.53%。因此，采用其它方法提高過渡金屬Ni與氮摻雜在材料中的含量，將會增加活性位點，從而提高二氧化碳轉化的電催化活性。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種成本低廉且工藝條件溫和的超聲法輔助制備交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料的方法，該方法制得的交聯結構超細鎳氮復合碳材料因其特殊的形貌使其具有較大的比表面積并且提供了良好的電子傳輸孔道，另外該方法制得的交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料具有較多的活性位點，提高了電催化的活性，進而能夠較好地用于電催化CO₂還原的工作電極催化劑。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種超聲法輔助制備交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料的方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將硝酸鎳和硝酸鋅溶于甲醇中，再加入2-甲基咪唑，將溶液超聲20-60分鐘，在30℃水浴中靜置12小時，然后用甲醇反復清洗并于60℃真空干燥得到交聯結構Ni/ZIF-8雙金屬有機框架結構材料；

步驟S2：將步驟S1得到的交聯結構Ni/ZIF-8雙金屬有機框架結構材料置于瓷舟內，再將瓷舟置于管式爐中，通入保護氣并以3-10℃/min的升溫速率升溫至900℃碳化1-3小時，然后在稀鹽酸中浸泡2小時，用二次水洗滌至中性，置于真空干燥箱中干燥得到交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料。

進一步優選，步驟S1中所述硝酸鎳、硝酸鋅與2-甲基咪唑的投料摩爾比為1:4:12。

進一步優選，步驟S2中所述保護氣為氮氣或氬氣。

進一步優選，步驟S2所得到的交聯結構超細Ni/N-C復合催化材料的粒徑為40-100納米。