【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化，尤其涉及一种含有蒽醌修饰的碳纳米管材料作为电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、化石燃料的过度使用使得大气中co2浓度持续升高，由此带来的温室效应对生态系统造成了巨大的破坏。利用温室气体，将co2转化为高附加值的燃料能够减少温室效应的破坏并促进能源系统中的碳循环。电催化co2还原反应将可再生能源以化学键的形式存储在高附加值的化学产品中，因此它是一种极具前景的方法。目前，co是co2电还原中一种高附加值产物，但co2电还原的不同产物间热力学氧还原势垒接近，导致电催化剂对特定co产物的选择性较差。因此，发展具有高co选择性且价格低廉的电催化剂对于工业化二氧化碳电还原生产co至关重要。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，制备的用于co2电还原的电催化剂具有较高的催化活性以及co选择性。
2、为达到上述目的，本专利技术提供了一种蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法的碳纳米管材料，所述碳材料中含有功能化的蒽醌分子。
3、优选的，其导电基底为多壁碳纳米管。
4、优选的，蒽醌分子为常见的蒽醌分子，包括1-氨基蒽醌、1-氨基，4-羟基蒽醌、1-羟基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌、以及2-氨基，3-羟基蒽醌。
5、优选的，所述含有蒽醌修饰的碳纳米管中蒽醌分子含量为0-20wt％；优选的，其中蒽醌的比例含量约为15wt％，电催化剂中n含
6、本专利技术提供了上述含有蒽醌修饰的碳纳米管电催化剂的制备方法，是在有机溶剂中首先将多壁碳纳米管分散，然后吸附蒽醌分子，离心干燥后获得电催化剂。将所获得的蒽醌修饰的碳纳米管材料制备成为电极，作为电催化co2电还原催化剂的应用。
7、具体包括以下步骤：
8、(1)将多壁碳纳米管加入有机溶剂中，使用超声机将碳纳米管超声分散，超声应持续至少半小时，以利于充分分散；
9、(2)将蒽醌分子加入(1)所得溶剂中，加热并使用磁力搅拌，充分反应后，离心，并用有机溶剂洗涤一次后，放入干燥箱中干燥，之后得到蒽醌修饰的碳纳米管电催化剂。
10、(3)在电解液中通入co2使溶液达到气体饱和，采用步骤(2)中制备的电催化剂，使得在电解液中发生电催化co2的还原反应，从而实现co2电还原一氧化碳的目的。
11、在本专利技术的一些实施例中，上述方法步骤(1)中，所述的多壁碳纳米管，是中空结构，外径约30nm，内径约10nm，长度约1μm。
12、上述方法步骤(1)中，所述有机溶剂为dmf。
13、上述方法步骤(1)中，具体的实施过程为：将50mg多壁碳纳米管分散在50ml的dmf中，在300w的超声机中超声30分钟。
14、上述方法步骤(2)中，所述所述碳纳米管、有机溶剂、蒽醌的比例为(40mg-50mg)：(40ml-50ml)：(10mg-20mg)。
15、上述方法步骤(2)中，所述的蒽醌修饰的碳纳米管依据所使用的蒽醌分子的种类，可分为1-氨基蒽醌/碳纳米管、1-氨基，4-羟基蒽醌/碳纳米管、1-羟基蒽醌/碳纳米管、2-氨基蒽醌/碳纳米管、2-羟基蒽醌/碳纳米管、以及2-氨基，3-羟基蒽醌/碳纳米管；为方便后续描述而分别命名为1-n-aq/cnt、1-n,4-o-aq/cnt、1-o-aq/cnt、2-n-aq/cnt、2-o-aq/cnt、2-n,3o-aq/cnt。此外所述碳纳米管材料直接用作电催化剂时命名为cnt。
16、上述方法步骤(2)中，所述的蒽醌分子为1-氨基，4-羟基蒽醌。
17、本专利技术优选的，上述方法步骤(1)中充分分散的标志为：停止超声后，静置溶剂10min后，不出现碳纳米管沉淀所导致的分层。
18、上述方法步骤(2)中，具体的实施过程为：将20mg的蒽醌粉末直接加入dmf溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50ml的dmf分散后，再次在8000rpm下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥后，获得该电催化剂。
19、本专利技术对上述分离沉淀的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的分离沉淀的方法，本专利技术优选为离心分离沉淀。
20、上述方法步骤(3)中，提供的蒽醌修饰的碳纳米管材料可以作为电化学co2电还原催化剂，在0.5m的khco3或1.0m的koh电解液中具有高活性和高法拉第效率。
21、上述方法步骤(3)中，所述的电催化剂为上述含有蒽醌修饰的碳纳米管材料，或上述制备方法制备的含有蒽醌修饰的碳纳米管材料。
22、上述方法步骤(3)中，采用三电极体系收集在电解液中发生co2还原反应的电流，所述三电极体系包括对电极、参比电极和工作电极；其中工作电极优选使用气体扩散电极。
23、上述方法步骤(3)中，所述的电解液优选为浓度0.5m的khco3或1.0m的koh电解液，所述电催化剂在工作电极上的电催化剂负载量优选为1mg cm-2；采用线性伏安扫描曲线(lsv)记录反应电流，优选的，扫速为10mv s-1。
24、本专利技术的有益效果是：以导电性良好的碳纳米管作为基底，修饰上高活性但导电性差的蒽醌分子，所得催化剂作为复合物同时具有高导电性以及高活性，是一种性能优异、价格低廉且制备简单的用于co2电还原的电催化剂。该材料利用碳纳米管表面与含有芳香环的蒽醌分子之间的π-π堆叠作用力，将蒽醌分子均匀且牢固的吸附在碳纳米管表面，实现了将蒽醌类均相催化剂设计成非均相催化剂的目的。该材料充分结合了均相催化剂的高活性以及非均相催化剂高导电性的这两个优点，使得蒽醌修饰的碳纳米管材料在co2电还原中表现出优异的活性，在-0.7v至-1.1v的宽电压区间内都有超过90％的co法拉第效率，同时在h型电解池中于-1.0v达到-40ma·cm-2的高电流密度。与现有技术相比，本专利技术提供了一种含有蒽醌修饰的碳纳米管电催化剂的制备方法，电催化剂的制备方法简单易操作，可实现co2电还原co，具有非常好的实用前景，对co2的回收利用具有重要意义。
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1.一种蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求2所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径约30nm。
4.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇中的一种。
5.根据权利要求4所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述有机溶剂为DMF。
6.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，蒽醌为1-氨基蒽醌、1-氨基，4-羟基蒽醌、1-羟基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌、以及2-氨基，3-羟基蒽醌中的一种。
7.根据权利要求6所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，蒽醌为1-氨基，4-羟基蒽
8.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述碳纳米管、所述有机溶剂、所述蒽醌的比例为(40mg-50mg)：(40mL-50mL)：(10mg-20mg)。
9.根据权利要求8所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述碳纳米管、所述有机溶剂、所述蒽醌的添加比例为50mg：50mL：20mg。
10.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热的温度为90℃；所述加热的时间为12h-24h。
11.根据权利要求10所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法，其特征在于，加热时间为24h。
...【技术特征摘要】
1.一种蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求2所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径约30nm。
4.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、乙醇中的一种。
5.根据权利要求4所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，所述有机溶剂为dmf。
6.根据权利要求1所述的蒽醌修饰的碳纳米管用于co2电还原制co的方法，其特征在于，蒽醌为1-氨基蒽醌、1-氨基，4-羟基蒽醌、1-羟基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌、以及2-氨基，3-羟基...
【专利技术属性】
技术研发人员：敖银勇，刘帅，余磊，刘一繁，海大通，蹇源，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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