[發(fā)明專利]一種CO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210412307.7
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114887639B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳泠鈺;李威;呂斯濠;劉倩;楊立輝
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C02F1/461;C25B11/075;C25B11/065;C25B1/23;C02F101/34
• 代理公司: 北京華際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11676
• 代理人: 劉靜

一種COsubgt;2/subgt;還原催化劑、應(yīng)用及其制備方法,所述催化劑為鈷金屬以單原子狀態(tài)負(fù)載在蜂窩狀氮摻雜碳納米片上的復(fù)合物。本發(fā)明所使用到的氮和碳前體材料殼聚糖屬于天然纖維素，價格低廉，可持續(xù)利用，屬于無毒無害或低毒性原料，對環(huán)境污染小，除了能應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域，殼聚糖還能用作醫(yī)藥領(lǐng)域、吸附領(lǐng)域等，而且殼聚糖經(jīng)過改性后具有較強(qiáng)的螯合作用，能螯合多種離子，特別是在NH4NO3存在條件下，可以較好地螯合鈷離子，因此在制備過程中能夠較多地螯合鈷金屬離子、增加催化劑活性位點，提高催化劑效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化CO₂還原技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種CO₂還原催化劑、應(yīng)用及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量工業(yè)活動需要消耗化石燃料（主要包括煤、石油和天然氣），化石燃料的使用會排放大量的CO₂，導(dǎo)致大氣中CO₂的濃度不斷上升，大氣中CO₂濃度上升會帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、酸雨、生態(tài)系統(tǒng)破壞和臭氧層損耗等一系列環(huán)境問題。同時，化石燃料的嚴(yán)重依賴會引發(fā)能源危機(jī)。因此，將CO₂轉(zhuǎn)化為燃料等增值產(chǎn)品已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。還原CO₂可以減輕溫室氣體排放帶來的氣候變化問題，幫助緩解能源危機(jī)。

利用電化學(xué)將CO₂還原為增值碳產(chǎn)品是一種很有前途的降低CO₂水平和緩解能源危機(jī)的方法，比如將電催化CO₂還原為CO，CO作為原料可以通過工業(yè)上成熟的費托（Fischer-Tropsch?(FT)）合成制備一系列化工、醫(yī)藥等行業(yè)使用的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品，應(yīng)用前景明確。然而，產(chǎn)品選擇性差仍然是發(fā)展CO₂還原的主要障礙；同時，若在水相體系中，析氫反應(yīng)作為競爭反應(yīng)，也會降低還原反應(yīng)效率；在實際應(yīng)用中，電催化CO₂還原反應(yīng)中所需的電極電勢要比平衡電勢更負(fù)一些，這個過電位進(jìn)一步限制了還原反應(yīng)的速率。因此抑制析氫反應(yīng)的發(fā)生、提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性以及降低反應(yīng)過電位，對電催化CO₂還原反應(yīng)來說是至關(guān)重要的。單原子催化劑是目前電催化領(lǐng)域的研究熱點——將金屬納米顆粒縮小成納米團(tuán)簇甚至單個原子可以明顯提高電化學(xué)反應(yīng)的催化活性和選擇性，金屬原子的高度彌散不僅具有較高的催化活性和對各種電催化反應(yīng)的選擇性，而且在大規(guī)模應(yīng)用中提高了原子利用率，降低了成本。但是單原子的表面自由能較高，易于聚集，因此應(yīng)該將孤立的原子錨定在各種基片上形成穩(wěn)定的構(gòu)型。Au、Ag、Pd等貴金屬催化劑在電催化CO₂制備CO的反應(yīng)中雖然已經(jīng)達(dá)到很高的反應(yīng)速率與法拉第效率，但是高昂的價格使其在工業(yè)化應(yīng)用中難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此利用過渡金屬配位氮摻雜碳制備低毒性、成本效益高、穩(wěn)定性好的金屬單原子催化劑（M-N-C）應(yīng)運而生。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例的目的在于提供一種CO₂還原催化劑、應(yīng)用及其制備方法，旨在解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本申請采用的技術(shù)方案是：提供一種CO₂還原催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：用天然纖維素殼聚糖作為氮和碳前體，將適量殼聚糖加入到?250?mL?三口燒瓶中，水浴加熱，用無水甲醇-乙酸溶液溶脹1?h后，按氨基與醛基的不同配比稱取所需的2?-?吡啶甲醛，溶于少量的上述無水甲醇-乙酸液，一并倒入三口燒瓶中，水浴加熱回流，攪拌反應(yīng)一定時間后，抽濾，分離固體與反應(yīng)液，固體用無水甲醇洗滌，再用蒸餾水洗滌，真空干燥，得到2?-?吡啶甲醛改性殼聚糖縮合樹脂；

步驟二：使用氯化鈉作為模板，將氯化鈉、2?-?吡啶甲醛改性殼聚糖縮合樹脂、硝酸銨與六水合硝酸鈷溶于去離子水中并攪拌；將所得混合物凍干48小時后，用瑪瑙砂漿研磨成細(xì)粉；將粉末放入管式爐，先用氬氣沖洗至少30?min，以徹底消除空氣；之后管式爐在氬氣氣氛下，以500℃的溫度煅燒4小時；