[發明專利]用于電催化還原二氧化碳的新型氮摻雜碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110401732.1
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113186565A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 康鵬;石涵
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25B11/095
• 分類號: C25B11/095;C25B1/23;C01B32/05;C01B32/40
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種用于電催化還原二氧化碳產一氧化碳的催化劑制備方法，稱取碳管或金屬氧化物，與苯胺單體溶于酸液中形成前驅體溶液A；將氧化劑溶于酸液中形成前驅體溶液B；將前驅體B溶液滴加到攪拌狀態下的前驅體溶液A，前驅體A溶液置于冰水浴中，溫度在0～10℃，反應時間2～8h；反應結束后，離心，抽濾，置于烘箱中干燥得到樣品；將樣品在管式爐中碳化，升溫速率為2～5℃/min，溫度為700℃～900℃，煅燒時間2～4h，即得到新型氮摻雜碳材料催化劑。本發明首次提出了新型氮摻雜碳材料催化劑的制備方法與應用；不同CO₂濃度下CO的選擇性達到85％以上，可以直接還原日常生活產生的煙氣。

技術領域

本發明屬于電能催化轉化技術領域；涉及一種用于電催化還原二氧化碳為一氧化碳的新型氮摻雜碳材料的制備，特別是提出用于電催化還原二氧化碳的新型氮摻雜碳材料的制備方法。

背景技術

人類文明的發展前進始終伴隨著能源的發展，自十九世紀工業革命以來，化石燃料成為推動人類文明飛速發展的主要能源，時至今日，化石燃料仍然是人類可利用的最主要能量來源。隨著世界人口的爆炸性增加，全球化石資源的消耗量屢創新高。大量化石燃料的使用，使得原本封存的碳以二氧化碳(CO₂)的形式釋放到大氣中，致使二氧化碳在大氣中的濃度已經從280ppm增加到400ppm未來可能達到近600ppm。二氧化碳的過量排放帶來了全球氣候變暖、海平面上升等一系列環境問題，2020年9月我國在第七十五屆聯合大會上提出努力爭取在2060前實現“碳中和”，因此發展綠色經濟可持續減少二氧化碳的方法勢在必行，迫切需要一個強有力且有效的方法來減少大氣中的二氧化碳含量，實現二氧化碳的資源化利用，效緩解人類面臨的資源危機，實現人類社會的可持續發展。

各個領域的研究學者們積極尋找解決問題的有效方法，其中電催化還原二氧化碳技術成為近年來研究的熱點。該技術可以將二氧化碳轉化為一氧化碳、甲酸、乙醇等附加值化學品^[1]。但目前要實現高選擇性電催化CO₂仍面臨許多困難，難以實現實驗室向應用生產的跨越。目前用于電催化還原二氧化碳為一氧化碳的碳材料催化劑，主要為雜原子摻雜催化劑，經過雜原子摻雜的碳材料催化劑的催化活性明顯增加^[2]。其中氮原子摻雜研究較為廣泛，摻雜氮存在主要類型是吡啶氮、吡咯氮和石墨氮。一般通過直接熱解碳基前驅體、氨水腐蝕、軟/硬模板等途徑制備氮摻雜碳材料。但一般研究用于還原高純CO₂(99.999％)，煙道氣中CO₂含量不純且含有氧氣，氧還原反應屬于二氧化碳還原競爭反應，氧氣的存在會影響催化劑還原CO₂的活性，導致催化劑不能選擇性吸附并還原實際生產生活排放煙道氣中的CO₂(煙道氣中CO₂含量范圍為20％～80％)。用于二氧化碳還原領域的催化劑中，與貴金屬催化劑相比，氮摻雜碳材料具有明顯的優勢，如原料來源廣泛、制備工藝簡單、高選擇性、高活性等。基于以上優勢，氮摻雜碳材料被認為是最有前景的用于二氧化碳還原反應的催化劑之一。為進一步擴展氮摻雜碳材料的使用范圍，解決氮摻雜碳材料催化劑不能直接還原煙道氣中CO₂以及在低含量CO₂中催化應用問題，改善催化劑活性，探索開發新型氮摻雜碳材料催化劑。研究開發新型氮摻雜碳材料催化劑除了能高效催化還原高純CO₂(99.999％)，還能還原低含量CO₂以及直接還原實際生產生活排放煙道氣中的CO₂。

參考文獻

[1]G.Wang,J.Chen,Y.Ding,et al.Electrocatalysis for CO₂ Conversion:From Fundamentals to Value-Added Products[J].Chem Soc Rev,2021,