[發(fā)明專利]一種Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO2

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011486831.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112522737A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 孫海燕
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及電催化還原CO₂技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑，CaCO₃?蒽油?聚多巴胺復(fù)合物經(jīng)過熱活化、碳化，得到碳包覆結(jié)構(gòu)，形成氮摻雜梯級多孔碳網(wǎng)絡(luò)，得到Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑，呈納米空心微球狀，材料內(nèi)部碳層交聯(lián)，具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，N元素摻雜造成碳層缺陷，表面呈褶皺狀，N大多以吡啶N和吡咯N的形式存在，有利于還原CO₂，Cu摻雜使復(fù)合材料的法拉第效率增加，加速電子傳輸，增加氣液接觸面積，暴露更多的活性位點，提高了電催化還原CO₂的動力學(xué)速度、釋放CO的速度，實現(xiàn)了更加優(yōu)異的電催化還原CO₂性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化還原CO₂技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑及其制法。

背景技術(shù)

二十世紀以來，全球環(huán)境突變、能源危機日益嚴重、大氣污染也愈加嚴重，使得人們希望尋找出一種可持續(xù)的、有前景的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，環(huán)境、能源和大氣污染問題大多數(shù)是由于大量的CO₂排放造成的，因此，為了應(yīng)對能源短缺和全球變暖的問題，科學(xué)家們置于探索CO₂轉(zhuǎn)換技術(shù)的突破，如CO₂的合成化學(xué)、電催化還原CO₂、光催化還原CO₂等途徑。

電催化還原CO₂可以同時實現(xiàn)間歇性可再生電力存儲和CO₂轉(zhuǎn)化的有效方式，可以將CO₂轉(zhuǎn)化為CO、HCOOH、CH₄等增值產(chǎn)品，其中CO又是一種很有應(yīng)用前景的能源產(chǎn)品，可以直接用于氣液轉(zhuǎn)換和工業(yè)加氫生產(chǎn)甲醇，但是CO₂分子具有穩(wěn)定的C＝O鍵和競爭性析氫反應(yīng)，使其還原面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此需要一種有效的催化劑，在提高電催化還原CO₂活性的同時，抑制析氫反應(yīng)，同時也可以保持優(yōu)異的穩(wěn)定性和選擇性，來應(yīng)對電催化還原CO₂的挑戰(zhàn)。

Cu在各種金屬催化劑中是很獨特的，可以在電催化還原CO₂過程中產(chǎn)生多種產(chǎn)物，但是，對某一種產(chǎn)物卻有著較差的選擇性，另外，金屬在合成過程中具有超高的表面能，很容易發(fā)生團聚，很大程度的破壞了催化活性位點，而碳材料可以很好的解決金屬粒子的分散和穩(wěn)定的問題，因此，我們采用Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂的方式來解決上述問題。

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑及其制法，解決了碳基電催化劑電催化還原CO₂效率低的問題。

(二)技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑，所述Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑制備方法如下：

(1)向反應(yīng)瓶中加入四氫呋喃、蒽油餾分、納米碳酸鈣模板劑、鹽酸多巴胺、硫酸銅，超聲分散均勻，在35-45℃水浴下恒溫攪拌2-4h，過濾并干燥，得到前驅(qū)體；

(2)將前驅(qū)體研磨充分，并將得到的粉末置于氣氛管式爐中，先進行熱活化過程，隨后進行碳化過程，冷卻，得到固體產(chǎn)物；

(3)將固體產(chǎn)物置于水浴裝置中，在70-90℃的鹽酸溶液中水浴，恒溫攪拌1-3h，過濾、洗滌并干燥，得到Cu摻雜富氮多孔碳空心球的CO₂還原催化劑。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中蒽油餾分、納米碳酸鈣模板劑、鹽酸多巴胺、硫酸銅的質(zhì)量比為100:80-120:150-250:15-40。