一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及工业催化技术领域，具体公开了一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：(1)将金属盐与配体溶于溶剂中，得到混合溶液，将所述混合溶液热处理、离心、洗涤，制得金属有机骨架MOFs；(2)将所述金属有机骨架MOFs在焙烧气氛下进行焙烧，制得黑色粉末前驱体；(3)将所述黑色粉末前驱体置于酸溶液中搅拌，再通过离心、洗涤，去除焙烧剩余的金属成分，制得多孔结构的碳材料载体；(4)将所述多孔结构的碳材料载体分散于溶剂中，加入含有贵金属前驱体的溶剂，再加入还原剂，搅拌、过滤、洗涤，制得多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料，该材料化学稳定性高，在空气中不易被氧化，可电催化CO2还原反应，而且催化性能稳定。而且催化性能稳定。而且催化性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及工业催化
，具体涉及一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前使用的能源主要是传统的化石燃料，包括煤炭、石油和天然气。然而，由于这些化石燃料是不可再生的，它们的过度使用可能导致能源危机和产生大量的CO2，从而导致温室效应和全球气候变化。为了解决这些环境问题，可以采用CO2还原反应将CO2转化为高价值的化学产品和燃料。与传统的转化技术相比，CO2电催化转化技术由于可以直接利用可再生能源产生的电力和清洁的水作为质子源而受到了人们的极大关注。
[0003]对于金属负载型催化剂的研究非常广泛，将催化活性中心分散在高导电性载体上制备复合材料，是提升电催化剂性能的有效途径。已有研究将MOF及其衍生物作为催化剂载体，负载各种金属纳米粒子得到多相负载型催化剂，可实现重复使用。
[0004]然而，现有电催化剂普遍存在的电流密度低的问题确少有研究。当CO2气体向活性部位扩散时，可增强反应动力学，增大电流密度，但CO2气体在水溶液中的溶解度不大，直接影响活性位点附近CO2气体的浓度。
[0005]因此，亟需提供一种纳米颗粒材料及其制备方法，实现高性能的二氧化碳还原，从而提升高电流密度催化反应。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一，为此本专利技术提出一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用，纳米颗粒材料可用于电催化CO2还原反应，该材料具有高选择性、高活性、高稳定性和电流密度大的特点。
[0007]本专利技术的第一方面提供一种纳米颗粒材料的制备方法。
[0008]具体的，所述的方法包括以下步骤：
[0009](1)将金属盐与配体溶于溶剂中，得到混合溶液，将所述混合溶液热处理、离心、洗涤，制得金属有机骨架MOFs；
[0010](2)将所述金属有机骨架MOFs在焙烧气氛下进行焙烧，制得黑色粉末前驱体；
[0011](3)将所述黑色粉末前驱体置于酸溶液中搅拌，再通过离心、洗涤，去除焙烧剩余的金属成分，制得多孔结构的碳材料载体；
[0012](4)将所述多孔结构的碳材料载体分散于溶剂中，加入含有贵金属前驱体的溶剂，再加入还原剂，搅拌、过滤、洗涤，制得多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述金属盐与配体的摩尔比为(1
‑
3)：(3
‑
1)。
[0014]进一步优选的，所述金属盐与配体的摩尔比为2.7:1、2.4:1、2.1:1、1.8:1、1.5:1、1.2:1、0.9:1、0.6:1、0.3:1、1:1、1:0.3、1:0.6、1:0.9、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2.1、1:2.4、1:2.7。
[0015]优选的，步骤(1)中，所述金属盐为MCl
x
、M(NO3)
x
中的至少一种，M为Al、Fe、V、Ga、Co、Cr中的至少一种。
[0016]优选的，步骤(1)中，所述配体为苯二甲酸、联苯二甲酸中的至少一种。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述溶剂为DMF、甲醇、乙醇、去离子水中的至少一种。
[0018]优选的，步骤(1)中，所述热处理的温度为130
‑
220℃，时间为12
‑
24h。
[0019]进一步优选的，所述热处理的温度为130℃和时间24h、所述热处理的温度为150℃和时间24h、所述热处理的温度为160℃和时间20h、所述热处理的温度为180℃和时间20h、所述热处理的温度为200℃和时间24h、所述热处理的温度为220℃和时间20h。
[0020]优选的，步骤(1)中，离心为5000
‑
8000rpm离心5
‑
10min。
[0021]优选的，步骤(1)中，洗涤为用去离子水和乙醇洗涤3
‑
5次。
[0022]优选的，步骤(1)中，洗涤后进行60
‑
80℃烘干6
‑
12h。
[0023]优选的，步骤(2)中，所述焙烧气氛为惰性气体；所述焙烧温度600
‑
2000℃。
[0024]进一步优选的，所述惰性气体为氮气(N2)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)中的至少一种。
[0025]进一步优选的，所述焙烧温度为600
‑
1200℃。
[0026]优选的，步骤(3)中，所述酸溶液为20％的HF和98％的H2SO4的混合溶液。
[0027]进一步优选的，所述HF与H2SO4的体积比为8
‑
12：1。
[0028]优选的，步骤(3)中，搅拌的时间为48
‑
72h。
[0029]优选的，步骤(3)中，洗涤通过去离子水洗涤至中性。
[0030]优选的，步骤(3)中，洗涤后进行80
‑
120℃真空干燥6
‑
12h。
[0031]优选的，步骤(4)中，所述贵金属前驱体为HAuCl4、NaAuCl4、K[Au(CN)2]、AuCl3中的至少一种。
[0032]进一步优选的，所述贵金属前驱体中贵金属的负载量为10
‑
30％，例如10％、15％、20％、30％。
[0033]优选的，步骤(4)中，所述还原剂为柠檬酸钠、葡萄糖、硼氢化钠、抗坏血酸中的至少一种。
[0034]优选的，步骤(4)中，洗涤后在
‑
15～
‑
50℃下进行冷冻干燥12
‑
24h。
[0035]本专利技术的第二方面提供一种由纳米颗粒材料的制备方法制备的多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料。
[0036]具体的，所述多孔结构所述多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料中的贵金属纳米颗粒在孔结构的边缘位置，而不在孔结构的内部，有利于提供更多活性位点，并且可以减少反应物和生产物传递的阻力，有利于提高二氧化碳还原活性。
[0037]本专利技术的第三方面提供一种多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料在电催化CO2还原反应中的应用。
[0038]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0039]本专利技术制备的多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料可应用于电催化CO2还原反应中，可以获得高的电催化活性，选择性好。在最佳电势
‑
0.8V(vs.RHE)下，氢气法拉第效率为6.38％，一氧化碳法拉第效率为92.12％，析氢反应法拉第效率被有效抑制。本专利技术的多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料的化学稳定性高，在空气中不易被氧化，而且催化性能也稳
定。并且，其疏水的孔道可以存储CO2气体，使得CO2气体直接扩散到电极表面，降低在水溶液中低溶解度的影响，进而可以促进CO2还原反应，抑制氢析出反应。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将金属盐与配体溶于溶剂中，得到混合溶液，将所述混合溶液热处理、离心、洗涤，制得金属有机骨架MOFs；(2)将所述金属有机骨架MOFs在焙烧气氛下进行焙烧，制得黑色粉末前驱体；(3)将所述黑色粉末前驱体置于酸溶液中搅拌，再通过离心、洗涤，去除焙烧剩余的金属成分，制得多孔结构的碳材料载体；(4)将所述多孔结构的碳材料载体分散于溶剂中，加入含有贵金属前驱体的溶剂，再加入还原剂，搅拌、过滤、洗涤，制得多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐与配体的摩尔比为(1
‑
3)：(3
‑
1)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐为MCl
x
、M(NO3)
x
中的至少一种，M为Al、Fe、V、Ga、Co、Cr中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，崔宴嘉，宋一兵，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：