【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双金属单原子催化剂的合成，具体涉及一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的合成方法。
技术介绍
1、co2还原在碳达峰和碳中和方面具有重要作用，首先将co2转化为有机化合物或其他形式的碳储存，可以直接减少碳排放，有效降低co2的浓度，助推碳达峰；其次co2还原技术可将co2从废气中捕集，并利用它们来合成有机物和其他有用的化学品，从而实现废弃物资源的再利用，减少对有限资源的依赖，促进循环经济发展；再者，通过探索更高效的催化剂、反应条件和工艺，可以提高co2还原的效率和经济性，促进碳减排和碳中和目标的实现。然而，co2还原反应催化剂的低活性和选择性严重阻碍了此项技术的具体实施，这主要源自竞争反应析氢在动力学上的优势。因此针对co2还原反应开发高活性、高选择性和高稳定性的电催化剂是建立可工业化实施的co2转化体系的关键。传统催化剂以贵金属基催化剂为主，价格高昂，不仅如此，在催化过程中还存在低活性、选择性差、使用寿命短和原子利用率较低等缺点。因此，未来催化剂的发展趋势是从单一材料向复合型、多功能型和可调控方向发展，旨在提高催化剂的催化效率、选择性和稳定性，更好地满足不同产业的需求。
2、在多相催化中，具有分离金属位点的催化剂，通常被称为单原子催化剂，单原子催化剂可以架起均相催化与多相催化的桥梁，为电催化提供了新的契机。单原子催化剂具有极高原子利用率，兼具非常优异的催化活性与选择性，特别是镍-氮-碳单原子催化剂由于其低成本和在宽电位窗口内良好的选择性而受到广泛的研究，然而单原子催化剂不能提供具有多个金属-
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于通过在锌镍-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒上引入铜元素，制备出中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂，使其可用于电催化co2还原制备co。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将二水合乙酸锌、四水合乙酸镍加入n,n-二乙基甲酰胺中，超声溶解，形成溶液a，其中二水合乙酸锌浓度为0.184～0.196mol/l、四水合乙酸镍浓度为4～16mmol/l；
5、将对苯二甲酸加入n,n-二乙基甲酰胺中，超声溶解，形成溶液b，其中对苯二甲酸浓度为8～12g/l；
6、按照溶液a与溶液b的体积比为2～3：1，将溶液a缓慢滴加到溶液b中，充分搅拌后放入反应釜，置于80～120℃烘箱中反应8～24h，将所得产物离心分离，再用n,n-二甲基甲酰胺洗涤2～3次，得到锌镍-金属有机框架-5实心纳米颗粒；
7、(2)将锌镍-金属有机框架-5实心纳米颗粒分散于乙醇中，形成悬浮液c，其中锌镍-金属有机框架-5实心纳米颗粒的浓度为40～160g/l；
8、将2-甲基咪唑溶于乙醇中，并添加三乙胺，超声溶解，形成溶液d，其中2-甲基咪唑浓度为30～40g/l，三乙胺占乙醇体积的0.2～0.4％；
9、按照悬浮液c与溶液d的体积比为1：2～4，将悬浮液c缓慢滴加到溶液d中，滴加完成后在-10～10℃下反应20～40min，将所得产物离心分离，用乙醇洗涤2～3次后，置于50～70℃烘箱中烘干6～18h，得到锌镍-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒；
10、(3)将一水合乙酸铜、锌镍-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒加入乙醇中，形成溶液e，其中，一水合乙酸铜浓度为6～60mg/l、锌镍-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒浓度为2～6g/l；将溶液e在50～80℃下搅拌4～12h，所得产物用乙醇清洗后，置于50～70℃烘箱中烘干6～18h，得到锌镍铜-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒；
11、(4)将所述锌镍铜-沸石咪唑酯框架中空双壳层纳米颗粒置于700～900℃氩气保护气氛中退火处理2～4h，得到中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂。
12、本专利技术按照上述方法所制备的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂，是多数镍铜双金属单原子对负载在尺寸为200～800nm的中空双壳层多孔碳颗粒中，其在电化学催化co2还原反应中得到气体产物为co，因此可用于电催化co2高效制备co。
13、本专利技术进一步公开了一种h-型电池阴极，其加入有所述的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂。所述h-型电池阴极可按如下方法制得：将所述中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂分散于乙醇与水的混合溶液中(其中乙醇与水的体积比为4：1)，超声后制成悬浮液，加入5％萘酚粘合剂后制得催化剂浆料(5％萘酚粘合剂占乙醇与水的混合溶液体积的1～2％)，然后滴涂在碳纸上(碳纸的厚度为0.20～0.22mm)，负载量为0.5～1.5mg cm-2，随后置于50～70℃真空干燥箱中干燥6～18h，烘干后得到作为h-型电池阴极的负载催化剂的碳纸。
14、本专利技术更进一步地公开了一种h-型电池，其采用上述的h-型电池阴极。所述h-型电池可以0.1～0.5mol/l的碳酸氢钾溶液为电解质，以杜邦质子交换膜n117为阳离子交换膜，以铂片电极作为阳极材料。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下方面：
16、1、本专利技术的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂，相对于贵金属基催化剂而言，制备方法简单易操作，易于大规模生产，成本仅为贵金属基催化剂的二十分之一，具有广阔的应用前景。
17、2、本专利技术的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂，由于其独特的双壳层结构可以充分暴露催化剂的活性位点，所用的合成方法，即溶剂辅助配体交换结合热处理工艺，可以直接实现单原子的良好分散性，两者使催化剂的原子利用率达到将近100％。
18、3、中空双壳层碳纳米颗粒在热解过程中，在镍铜的共同催化下，由中空双壳层薄壁中生长出纤细的空心碳纳米管，不仅进一步增加催化剂的导电性，而且增加了多孔碳颗粒表面的褶皱程度，使催化剂的活性位点难以在电化学反应中团聚，进一步增强了催化剂的稳定性并拓展其适于催化剂工作的电位窗口。
19、4、镍铜双金属单原子催化剂金属位点间微环境可调，其中异种金属双核位点的不对称电荷分布可以最大限度发挥催化剂在多步反应中的潜力。
20、5、镍铜双金属单原子催化剂具有协同效应，可协同提高co2还原催化性能。
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1.一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述反应的温度为80～120℃、反应时间为8～24h。
3.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)所述溶液D中，三乙胺占乙醇体积的0.2～0.4％。
4.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，样品烘干的温度为50～70℃、时间为6～18h。
5.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，样品烘干的温度为50～70℃、时间为6～18h。
6.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，退火处理的升温速率为2～10℃/min、保温时间为2～4h。
7.一种权利要求
8.一种权利要求7所述的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂在H-型电池中的应用。
9.一种H-型电池阴极，其特征在于：在所述H-型电池阴极中加入有权利要求7所述的中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂。
10.一种H-型电池，其特征在于：采用权利要求9所述的阴极。
...【技术特征摘要】
1.一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述反应的温度为80～120℃、反应时间为8～24h。
3.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)所述溶液d中，三乙胺占乙醇体积的0.2～0.4％。
4.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，样品烘干的温度为50～70℃、时间为6～18h。
5.根据权利要求1所述的一种中空双壳层多孔碳负载镍铜双金属单原子催化剂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔接武，胡飞，周伟，余东波，钱俊，封燕，董晶晶，吴玉程，喻军，吴越峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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