一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用，其制备方法具体为：(1)称取Na

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用
本专利技术属于电催化纳米材料
，涉及一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用。
技术介绍
大气中的CO2浓度已经达到了一个新高，而且如果继续使用化石燃料将会导致CO2的浓度继续增加。其引起的气候变暖和海平面升高已经引起了很大的关注。利用可再生能源转化CO2和H2O成为化学品可以减少CO2的排放量。甲酸或者甲酸盐有着很高的价值，相比于还原的气体产物向CO或者烷烃类气体，甲酸盐可以更好的储存和运输。目前主要是在高温高压条件下由CO合成，利用可再生电力直接将二氧化碳电化学还原成甲酸盐最近受到了极大的关注，并且有望取代传统的合成方法。众所周知，Zn基电催化剂对CO2还原成CO有极高的选择性，而对于还原成甲酸盐的选择性并不高，或者需要在极高的过电位下才能进行。本专利技术正是为了解决上述问题而提出的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用，所得催化剂对CO2电催化还原为甲酸盐具有极高的选择性，且催化剂的活性、稳定性等均非常优异。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一方面，本专利技术提出了一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)先称取Na2TeO3和Zn(CH3COO)2分别溶解在乙二醇/水混合溶液中，得到A溶液和B溶液，然后，将A溶液逐滴滴加到B溶液中，所得产物分离、洗涤、干燥，得到ZnTe(OH)x前驱体；(2)再将ZnTe(OH)x前驱体和2-甲基咪唑分别溶解在乙二醇/水混合溶液中，得到C溶液和D溶液，混合搅拌，室温反应，所得产物离心、洗涤、干燥，得到ZnTe-MOF纳米片；(3)将ZnTe-MOF纳米片在惰性气体保护气氛下煅烧，即得到目的产物。进一步的，步骤(1)中，Na2TeO3和Zn(CH3COO)2的摩尔比为1:1。进一步的，步骤(1)中，A溶液中的Na2TeO3、乙二醇与水的添加量比为2mmol：5mL：15mL。进一步的，步骤(1)中，B溶液中的Zn(CH3COO)2、乙二醇与水的添加量比为2mmol：5mL：15mL。进一步的，步骤(1)中，A溶液在超声条件下逐滴加入到B溶液中。进一步的，步骤(2)中，ZnTe(OH)x前驱体和2-甲基咪唑的质量比为0.12:0.65。进一步的，步骤(2)中，C溶液中的ZnTe(OH)x前驱体和水的添加量比为0.12g：20mL。进一步的，步骤(2)中，D溶液中的2-甲基咪唑和水的添加量比为0.65g：20mL。进一步的，步骤(2)中，室温反应的时间为12h。进一步的，步骤(3)中，煅烧的温度为600℃，时间为2h。进一步的，制备过程中，合成的前驱体和样品的干燥工艺均可以在60℃的烘箱中进行。此外，收集样品采用去离子水和乙醇多次洗涤离心分离即可。其中，首先Na2TeO3和Zn(CH3COO)2摩尔比1：1共沉淀，形成ZnTe(OH)x，将Zn与Te元素结合；其次2-甲基咪唑连结ZnTe(OH)x形成ZnTe-MOF金属有机框架结构；最后，在高于咪唑碳化的温度进行Ar下煅烧，对ZnTe-MOF进行碳化，形成具有高导电性和高活性的目标催化剂。其中若Na2TeO3和Zn(CH3COO)2摩尔比不为1：1，会造成原料反应不充分。同时，碳化温度需高于500℃，若煅烧温度过低，不足以达到碳化温度，就不能够形成高导电性和高活性的目标催化剂。另一方面，本专利技术还提出了一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料，其采用如上所述的制备方法制备得到。再另一方面，本专利技术还提出了一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料在CO2电催化还原中的应用。本专利技术通过在Zn-MOF合成前期引入Te元素，形成ZnTe-MOF纳米片。通过高温Ar煅烧碳化，形成一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片，进而有效调节Zn周围的环境，改变其还原产物的选择性。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)以ZnTe作为活性催化成分，可以改变Zn基催化剂CO2电催化还原产物的选择性，使其在电压-1.0～-1.3V对还原为甲酸盐具有极高的选择性，最高法拉第效率可达83％。(2)以金属有机框架衍生的氮掺杂碳材料，可以提高催化剂的稳定性和导电性。(3)二维纳米片结构能够更大程度上暴露催化活性位点。附图说明图1为ZnTe/ZnO@C纳米片的合成路线。图2为ZnTe(OH)x前驱体不同放大倍率的SEM图。图3为ZnTe(OH)x的XRD谱图。图4为ZnTe-MOF不同放大倍率的SEM图。图5为ZnTe-MOF的XRD谱图。图6为ZnTe/ZnO@C不同放大倍率的SEM图。图7为ZnTe/ZnO@C的检测图谱，其中，A为ZnTe/ZnO@C的XRD谱图，B-E为ZnTe/ZnO@C材料中元素的XPS谱图，F为ZnTe/ZnO@C和ZnO@C的拉曼谱图图8为CO2和N2气氛还原电位下电解液的核磁共振氢谱图。图9为CO2气氛还原电位气体产物的气相色谱图。图10为ZnTe/ZnO@C的CO2性能图，其中，A为CO2和N2气氛下LSV曲线图，B为不同电位下2h电解，其中从上到下分别为在电位-0.8～-1.3V条件下电解曲线，C为液相产物的法拉第效率，D为气相产物的法拉第效率。图11为Zn-MOF的SEM图。图12为Zn-MOF的XRD谱图。图13为ZnO@C的SEM图。图14为ZnO@C的XRD谱图。图15为ZnO@C的CO2不同产物的法拉第效率。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下各实施例中，Na2TeO3、Zn(CH3COO)2、2-甲基咪唑和乙二醇从麦克林购得。其余未具体说明的原料产品或处理技术，则表明均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。实施例1：一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片，其采用以下方法制备得到：合成催化剂，其路线参见图1所示：A、称取2mmolNa2TeO3溶解在5mL乙二醇/15mL水中形成A溶液；B、称取2mmolZn(CH3COO)2溶解在5mL乙二醇/15mL水中形成B溶液；C、将A溶液在超声条件下逐滴滴加到B溶液，将制得的白色产物离心，经过水和乙醇多次洗涤、离心，放置在60℃烘箱中烘干，制得ZnTe(OH)x前驱体材料；C、称取0.12gZnTe(OH)x前驱体溶解在20mL水中形成C溶液；D、称取0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)先称取Na

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先称取Na2TeO3和Zn(CH3COO)2分别溶解在乙二醇/水混合溶液中，得到A溶液和B溶液，然后，将A溶液逐滴滴加到B溶液中，所得产物分离、洗涤、干燥，得到ZnTe(OH)x前驱体；
(2)再将ZnTe(OH)x前驱体和2-甲基咪唑分别溶解在乙二醇/水混合溶液中，得到C溶液和D溶液，混合搅拌，室温反应，所得产物离心、洗涤、干燥，得到ZnTe-MOF纳米片；
(3)将ZnTe-MOF纳米片在惰性气体保护气氛下煅烧，即得到目的产物。


2.根据权利要求1所述的一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Na2TeO3和Zn(CH3COO)2的摩尔比为1:1。


3.根据权利要求1所述的一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，A溶液中的Na2TeO3、乙二醇与水的添加量比为2mmol：5mL：15mL；
B溶液中的Zn(CH3COO)2、乙二醇与水的添加量比为2mmol：5mL：15mL。


4.根据权利要求1所述的一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈作锋，滕雪，牛艳丽，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31