[发明专利]一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种镍氮共掺杂碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐、双氰胺和氯化铵在水中分散，干燥后进行煅烧；B)将煅烧后的产品与葡萄糖在水中混合后进行水热反应；C)将水热反应的产品进行煅烧，得到镍氮共掺杂碳基电催化剂。本发明利用限域反应，将单原子形式的镍分散在氮掺杂的碳基材料中，避免了活性位点的团聚和流失。所制得的催化剂表现出优异的电催化二氧化碳还原性能，对一氧化碳的选择性可达99％。本发明提供的制备方法具有工艺流程简单、成本低廉、产量大适合于工业生产等特点，具有潜在的应用价值。本发明还提供一种镍氮共掺杂碳基电催化剂及其应用。

技术领域

本发明属于催化技术领域，尤其涉及一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及其应用。

背景技术

能源是人类社会生存和发展的基础。目前人类所需的能源严重依赖于石油能源。对石油能源的过度消耗不仅加剧了能源危机，还致使所产生的二氧化碳过度排放，带来了日趋严重的温室效应，严重威胁到人类的生存与发展。对二氧化碳的转化利用不仅能有效的降低大气中二氧化碳的积累，还能将二氧化碳转化成含碳化学品，从而促进碳的循环。

通过电催化对二氧化碳进行还原是目前最具前景的实现二氧化碳转化利用的方式之一。尽管针对二氧化碳电催化还原取得了很多进展，但是还原产物的多样性使得二氧化碳还原选择性低，尤其是水还原至氢气成为二氧化碳催化还原过程中的主要竞争反应，从而导致二氧化碳转化率低下。贵金属比如Au、Ag应用于二氧化碳还原时表现出优异的选择性，但是其昂贵的价格仍然限制了作为二氧化碳还原电催化剂的进一步发展。因此寻找廉价高效的二氧化碳还原电催化剂成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及应用，本发明中的镍氮共掺杂碳基电催化剂的反应选择性高，且成本低廉。

本发明提供一种镍氮共掺杂碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)将镍盐、双氰胺和氯化铵在水中分散，干燥后进行煅烧；

B)将煅烧后的产品与葡萄糖在水中混合后进行水热反应；

C)将水热反应的产品进行煅烧，得到镍氮共掺杂碳基电催化剂。

优选的，所述镍盐为二价可溶性镍盐。

优选的，所述镍盐与双氰胺的质量比为(0.2～5)：100；

所述镍盐与氯化铵的质量比为(0.2～5)：500。

优选的，所述步骤A)中煅烧的温度为500～650℃；

所述步骤A)中煅烧的时间为1～4小时。

优选的，所述步骤A)中煅烧后的产品与葡萄糖的质量比为(0.7～1.5)：5。

优选的，所述水热反应的温度为160～200℃；

所述水热反应的时间为10～20小时。

优选的，所述步骤C)中煅烧的温度为800～1100℃；

所述步骤C)中煅烧的时间为0.5～4小时。

本发明提供一种镍氮共掺杂碳基电催化剂，按照上述制备方法制得。

优选的，所述镍氮共掺杂碳基电催化剂中氮的质量分数为3～6％；

所述镍氮共掺杂碳基电催化剂中镍的质量分数为1～3％。

上文所述的镍氮共掺杂碳基电催化剂在还原二氧化碳反应中的应用