碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用，涉及二氧化碳电催化还原的催化剂技术领域，本发明专利技术通过选用锌盐和镍盐两种金属盐，以1H

【技术实现步骤摘要】
碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二氧化碳电催化还原的催化剂
，具体涉及一种碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石燃料过度使用排放了大量二氧化碳，打破了自然界的碳循环，严重威胁生态环境。因此将二氧化碳转化为高附加值的化学品和燃料是缓解能源和环境威胁的最有吸引力的方法之一。电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)利用可再生能源产生的电能，在温和的条件下将二氧化碳转化为一氧化碳、乙烯和甲醇等燃料和化学品，有利于实现不连续电能的存储和碳中循环，具有广阔的应用前景。然而，目前电催化二氧化碳还原反应仍面临诸多挑战，比如反应过电势高、产物选择性和催化剂稳定性差，因此开发高能量密度、高稳定性以及价格低廉的催化剂是研究重点及难点。
[0003]在催化剂领域，大量的过渡金属材料被开发为高效的催化剂，其中碳层包覆的金属材料因为既可以改善材料的电导率又可以提供稳定的化学和电化学反应界面而备受重视，碳层包覆的金属材料作为其它催化剂已经被证实具有良好的催化活性和稳定性。比如公开号为CN113856660A的专利申请文件公开了一种炭材料包覆镍纳米粒子催化剂及其制备方法，其将镍盐和有机配体倒入醇溶剂，并加碱液，进行反应数小时，而后固液分离、洗涤干燥得到金属有机框架前驱体，而后所得金属有机框架前驱体研磨后，在惰性气氛中300～800℃焙烧5～24小时，降至室温后研磨得到炭材料包覆镍纳米粒子催化剂。然后该反应加碱液需要分批逐渐滴加调节pH值，还有将所得浆液密封后放置在震动平台上进行结晶、沉淀、老化，操作比较复杂，难以实现规模化制备，对设备要求也比较高，不容易实现工业化。此外，该催化剂主要用于卤代硝基苯催化加氢合成卤代苯胺的催化过程，在电催化二氧化碳还原反应中的效果并不理想。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂及制备方法和应用，以解决现有技术在电催化二氧化碳还原反应中的效果并不理想且制备工艺复杂的技术问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法，具体步骤如下：
[0007](1)将锌盐和镍盐溶于乙醇、去离子水、N,N
‑
二甲基甲酰胺及氨水的混合溶液中，混匀后加入1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑持续搅拌4～30h，离心并用乙醇洗三次，然后在60～80℃条件下干燥，得到镍掺杂的金属有机框架材料MET
‑6‑
Ni；
[0008](2)将MET
‑6‑
Ni置入石英舟中，然后放入管式炉内煅烧，通入惰性气体，并升温至700～1000℃，保温数小时后冷却至室温；
[0009](3)将煅烧完成的固体粉末利用强酸溶液在50～100℃的条件下处理数小时，过滤
干燥后得到碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒。
[0010]进一步地，步骤(1)中，所述锌盐为氯化锌。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述镍盐为氯化镍。
[0012]进一步地，步骤(1)中，所述锌盐和镍盐的摩尔比为1:1～10:1。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑的加入量为混合溶液总体积的5～15％。
[0014]进一步地，步骤(1)中，乙醇、去离子水、N,N
‑
二甲基甲酰胺、氨水的体积比为7∶5∶5∶2。
[0015]进一步地，步骤(2)中，所述惰性气体为氩气、氮气或氦气的一种，管式炉中气体流速30～100ml/min。
[0016]进一步地，步骤(3)中，所述强酸溶液为硝酸、高氯酸、硫酸的一种，浓度为0.1～3mol/L，酸处理时间为10～24h。
[0017]所述的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法制备的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂。
[0018]所述的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂在二氧化碳电化学还原中作为催化剂的应用。
[0019]综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0020]1、本专利技术通过选用锌盐和镍盐两种金属盐，以1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑为有机配体，以乙醇、去离子水、N,N
‑
二甲基甲酰胺及氨水的混合溶液为溶剂，无需分批逐渐滴加调节pH值，制备步骤大大缩减，通过一步热解的方法，在高温下形成了碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒，具体操作工艺简单，原料以获取，易于宏观可控制备，对于降低碳排放具有重要意义；
[0021]2、本专利技术按照上述提供的制备方法得到的催化剂：金属镍和碳化物Ni3ZnC
0.7
颗粒被包覆在碳层中，颗粒分布均匀，且存在介孔多和比表面积大的特征，有利于质量的传输和活性位点的暴露。
[0022]3、本专利技术由于完全被碳层包覆的金属Ni和碳化物Ni3ZnC
0.7
纳米颗粒的协同作用，在
‑
0.7V(相对于可逆氢电极)时，其CO的法拉第效率可到97％，CO电流密度可达14mA/cm2。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实例1、实例2、实例3和实例4制得的催化剂的XRD谱图。
[0024]图2为本专利技术实例1所制备催化剂Ni
‑
Ni3ZnC
0.7
@NC
‑
1的透射电子显微镜图。
[0025]图3为本专利技术实例1所制备催化剂Ni
‑
Ni3ZnC
0.7
@NC
‑
1的高分辨透射电子显微镜图。
[0026]图4是本专利技术实例1制备的催化剂Ni
‑
Ni3ZnC
0.7
@NC
‑
1的二氧化碳电催化还原反应性能(CO法拉第效率)图。
[0027]图5是本专利技术实例1制备的催化剂Ni
‑
Ni3ZnC
0.7
@NC
‑
1的二氧化碳电催化还原反应性能(CO电流密度)图。
[0028]图6为本专利技术实例2所制备催化剂Ni
‑
NiC@NC
‑
2的透射电子显微镜图
[0029]图7为本专利技术实例2所制备催化剂Ni
‑
NiC@NC
‑
2的高分辨透射电子显微镜图
[0030]图8是本专利技术实例2制备的催化剂Ni
‑
NiC@NC
‑
2的二氧化碳电催化还原反应性能(CO法拉第效率)图。
[0031]图9是本专利技术实例2制备的催化剂Ni
‑
NiC@NC
‑
2的二氧化碳电催化还原反应性能(CO电流密度)图。
[0032]图10为本专利技术实例3所制备催化剂Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将锌盐和镍盐溶于乙醇、去离子水、N,N
‑
二甲基甲酰胺及氨水的混合溶液中，混匀后加入1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑持续搅拌4～30h，离心并用乙醇洗三次，然后在60～80℃条件下干燥，得到镍掺杂的金属有机框架材料MET
‑6‑
Ni；(2)将MET
‑6‑
Ni置入石英舟中，然后放入管式炉内煅烧，通入惰性气体，并升温至700～1000℃，保温数小时后冷却至室温；(3)将煅烧完成的固体粉末利用强酸溶液在50～100℃的条件下处理数小时，过滤干燥后得到碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒。2.如权利要求1所述的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锌盐为氯化锌。3.如权利要求1所述的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐为氯化镍。4.如权利要求1所述的碳包覆镍及其碳化物纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述锌盐和镍盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓乐，周冲，张蕊，阳耀月，贾维尚，
申请(专利权)人：西南民族大学，
类型：发明
国别省市：