氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电催化二氧化碳还原电极技术领域，公开了一种氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为氮掺杂的碳纳米管表面均匀负载有3

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化二氧化碳还原电极
，具体地说，是涉及一种氮掺杂碳纳米管负载的过渡金属碳化物催化剂的制备方法，及其促进含氧产物生成的应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着石油和煤等不可再生能源的过度使用，CO2的排放量逐年上升，由此引发的温室效应也日益严重(1)。据统计自2000年以来，大气中CO2浓度每年都在以2
‑
3ppm的速度升高，CO2的过度积累也成为当下气候变化的主要原因。利用可再生电力驱动的高选择性CO2还原反应(CO2RR)是一种很有前景的技术(2,3)。在众多的还原产物中，甲醇除了直接用作燃料外，还是生产甲醛、乙酸和烯烃等工业重要化学品的起始原料，受到广泛关注。在热力学上，采用电化学方法将CO2还原为甲醇是可行的，但是甲醇作为六电子转移的还原产物，在动力学上反应缓慢。并且由于CO2RR反应中间体之间的竞争吸附(如*OCOH、*COOH、*CO等)以及HER竞争反应，致使进一步开发具有高活性以及高选择性的甲醇催化剂仍面临着巨大挑战(4)。
[0003]为了提高甲醇的选择性，各种有效的、具有启发性的策略已经被证实，如具有特定晶面或界面位点的催化剂、分子催化剂、异元素掺杂的催化剂等。例如，Gong等人设计和构建出长度可控的Cu/Cu2O界面位点，协同调节了电极表面*H和*CO中间体的吸附强弱，实现了最高53.6％甲醇法拉第效率(5)。Liang等人以非共价锚固策略将酞菁钴分子高度分散在碳纳米管上，用于电催化CO2还原制甲醇，所产生的甲醇法拉第效率高于40％(6)。Hang等人制备了Ag，S双掺杂Cu2O/Cu电催化材料，发现Ag，S双掺杂可以促进*CHO中间体的形成，进而促进甲醇的选择性生成，实现了67.4％的甲醇法拉第效率(7)。
[0004]不难发现，相应的研究虽然取得了一定的进展，但是甲醇的法拉第效率往往还是低于70％。值得注意的是，CH3OH等含氧化合物的选择性生成特别依赖于中间体的吸附能和构型；这是因为生成其相应的速率决定步骤(RDS)通常需要质子的参与(8)。如果中间体以碳原子吸附在金属表面，其氧原子将位置远离表面，会使得质子更倾向于攻击这个氧原子从而导致失去氧原子，含氧产物的选择性降低(9)。
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技术实现思路

[0014]本专利技术旨在解决传统催化剂导致的含氧产物甲醇选择性低的技术问题，提供一种氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂及其制备方法和应用，通过浸渍及进一步煅烧的方式，利用氮掺杂碳纳米管(N
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CNT)提高催化剂颗粒分散性的特点，实现在N
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CNT表面均匀负载β相碳化钼颗粒，利用催化剂的sp态参与调变中间体的吸附强度和吸附构型，促进反应中间体以氧键合形式吸附在催化剂表面，在CO2还原制甲醇中应用表现出优良的二氧化碳还原制甲醇性能。
[0015]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
[0016]根据本专利技术的一个方面，提供了一种氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂，包括氮掺杂的碳纳米管，所述氮掺杂的碳纳米管表面均匀负载有β
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Mo2C颗粒，所述β
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Mo2C颗粒的粒径为3
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10nm。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂，其特征在于，包括氮掺杂的碳纳米管，所述氮掺杂的碳纳米管表面均匀负载有β
‑
Mo2C颗粒，所述β
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Mo2C颗粒的粒径为3
‑
10nm。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳纳米管负载的碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将CNT加入到过量的浓HNO3溶液中，超声分散得到悬浊液；将悬浊液在100
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120℃的温度条件下油浴中回流6
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9小时；待其冷却到室温后，分离固体样品，得到表面含缺陷的CNT；(2)将步骤(1)所得到的CNT与过量的氮源混合均匀；惰性气氛保护下，在700
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800℃温度条件下焙烧1
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2小时，得到N
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CNT；(3)将步骤(2)所得的N
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CNT分散到去离子水中，得到N
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CNT悬浊液；在剧烈搅拌条件下，滴加钼酸铵占N
‑
CNT质量百分比为25％
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50％的钼酸铵水溶液；滴加完成后，在室温下继续充分搅拌，然后收集固体样品；(4)惰性气氛保护下，将固体样品于600
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700℃温度条件下焙烧1
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2小时；待样品冷却到室温后，将惰性气氛切换为含微量氧气的氧气氮气混合气，并在室温下保持0.5
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2小时；得到β
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Mo2C/N
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CNT并在惰性气氛中保存。3.根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩金龙，张蒙蒙，张恭，王拓，张鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：