[發(fā)明專利]一種CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210412308.1
• 申請(qǐng)日: 2022-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114797936B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李威;陳泠鈺;呂斯濠;楊立輝;劉倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/08;B01J35/10;C02F1/461;C25B11/075;C25B11/065;C25B1/23;C02F101/34
• 代理公司: 北京華際知識(shí)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Ni金屬以單原子狀態(tài)負(fù)載在氮摻雜碳空心納米球上的復(fù)合物。本發(fā)明所使用到的氮和碳前體材料組氨酸屬于生物材料，價(jià)格低廉，可持續(xù)利用，屬于無(wú)毒無(wú)害或低毒性原料，對(duì)環(huán)境污染小，除了能應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域，組氨酸還能用作醫(yī)藥領(lǐng)域、吸附領(lǐng)域等，而且組氨酸作為一種天然螯合劑，能螯合多種離子，特別是鎳離子，可以用鎳柱純化組氨酸蛋白，因此在制備過(guò)程中能夠更多地螯合鎳金屬離子、增加催化劑活性位點(diǎn)，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)

從20世紀(jì)初開(kāi)始，隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，大量人為活動(dòng)導(dǎo)致大氣中CO₂的濃度不斷上升。根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）莫納羅亞氣象臺(tái)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，大氣中的CO₂濃度在2019年達(dá)到了415.26?ppm，創(chuàng)造了有史以來(lái)的最高紀(jì)錄。大氣中CO₂濃度上升會(huì)帶來(lái)許多嚴(yán)重的問(wèn)題，會(huì)引發(fā)溫室效應(yīng)、酸雨、洪水、干旱、海平面上升、生態(tài)系統(tǒng)破壞、海洋酸化和臭氧層損耗等一系列環(huán)境問(wèn)題。目前，化石燃料（主要包括煤、石油和天然氣）約占全球一次能源需求的85%。化石燃料的燃燒是CO₂排放的主要來(lái)源，面對(duì)環(huán)境污染和即將到來(lái)的能源危機(jī)，需要尋找減少CO₂的方法和可代替的再生能源。

電催化CO₂還原反應(yīng)可以有效地將CO₂轉(zhuǎn)化為具有高附加值的產(chǎn)物如CO等。CO可以作為費(fèi)托反應(yīng)（Fischer-Tropsch?(FT)）的原料氣合成液體燃料，具有重要的商業(yè)價(jià)值。目前關(guān)于電催化CO₂還原反應(yīng)仍然存在一些問(wèn)題：一是水相體系中競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)析氫反應(yīng)的存在，會(huì)降低還原反應(yīng)效率；二是反應(yīng)選擇性較差，影響產(chǎn)物法拉第效率；三是電催化CO₂還原反應(yīng)中實(shí)際所需的電極電勢(shì)要比平衡電勢(shì)更負(fù)一些，而這兩者之間的差異，即過(guò)電位，限制了電催化CO₂還原的反應(yīng)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(guò)電位，對(duì)電催化CO₂還原反應(yīng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。中國(guó)科學(xué)院張濤院士首次提出了“單原子催化”的概念，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬催化劑以原子級(jí)別高度分散時(shí)，可以最大化地利用金屬，并表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。Au、Ag、Pd等貴金屬催化劑在電催化CO₂制備CO的反應(yīng)中已經(jīng)達(dá)到很高的反應(yīng)速率與法拉第效率，但是高昂的價(jià)格增加了其應(yīng)用成本。過(guò)渡金屬配位氮摻雜碳的金屬單原子催化劑（M-N-C）由于低毒性、成本效益高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，受到研究者的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)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(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)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：將無(wú)水乙醇、水和氨水加入到150?mL圓底燒瓶中，在攪拌條件下將正硅酸四乙酯滴加到上述溶液中；之后將聚醚F127加入到上述溶液中，待溶解后加入間苯二酚和甲醛；攪拌后加入三聚氰胺和甲醛，攪拌24?h；然后將上述混合液轉(zhuǎn)移到100?mL水熱釜內(nèi)，反應(yīng)24?h；將上述產(chǎn)物分別用乙醇和水進(jìn)行離心洗滌，之后干燥，得到產(chǎn)物SiO₂納米球；

步驟二：將制備好的SiO₂納米球分散在NaCl溶液超聲0.5?h，然后加入PDDA；攪拌1h后，將經(jīng)PDDA修飾的SiO₂納米球用水洗滌，離心收集，去除多余的PDDA，在這個(gè)階段，表面的SiO₂納米球被一層PDDA分子修飾；通過(guò)上述相同步驟再用PSS修飾SiO₂納米球；然后，將完成表面修飾的SiO₂納米球超聲分散到乙酰丙酮鎳的去離子水中，形成均勻的懸浮液；