【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学领域。更具体地说，涉及一种高效电化学还原二氧化碳为一氧化碳的电催化剂的合成方法和应用。
技术介绍
1、随着工业的高速发展，地球的生态环境正在遭到严重的破坏，其主要原因为化石燃料的过度使用。化石燃料的使用会向大气中排放大量的二氧化碳(co2)气体，导致大气中的co2浓度增加。为了保护人类赖以生存的地球的生态环境,迫切需要将二氧化碳转化为有价值的碳基燃料和原料，缓解能源危机，降低二氧化碳水平。到目前为止，co2的利用已经发展出不同的方向，包括热催化(如加氢)、光催化、电催化、生物催化等途径。
2、当下，电催化co2还原反应(co2rr)受到了广泛关注，其可以将二氧化碳还原成co、ch4、hcooh、c2h4及其他c1、c2和多碳产物。整个反应过程易于调控，能源利用率高，且绿色无污染。在二氧化碳电还原的各种产物中，co被认为是最有前途且可推向工业应用的一种产物，其还原反应只涉及两个电子和质子的转移，且能量损失最小。目前报道的生产co的催化剂主要为贵金属催化剂和过渡金属碳基(m-n-c)催化剂。贵金属催化剂活性高，但是其存在造价成本高，稳定性差等问题。m-n-c催化剂的过渡金属存量丰富，选择性高，其碳基包括碳纳米管和纳米片，mof衍生碳，c3n4等材料。文献10.1021/acscatal.1c04825讲述了一种两步合成法，用mof模板法合成了碳载ni纳米颗粒，后采用三聚氰胺做富氮碳源经过管式炉高温热解使其包裹在ni纳米颗粒外面形成催化剂。文献10.1039/d1cy00843a公开了一种cuin-mo
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述存在的造价成本高，制备方式复杂，催化剂无法大规模生产等问题，提供一种ni纳米颗粒修饰氮掺杂生物质碳基催化剂及其制备方法。该方法采用生物质松木树枝做的碳材料，通过水热和热解法成功造孔，实现了生物质的多孔制备，又通过热解法使镍纳米颗粒被包覆其中，成功制备ni/n1-3pc-600催化剂；得到的催化剂活性组分ni含量低，生物质碳孔径分布广比表面积大，且生物质碳基底和ni颗粒之间存在紧密接触。氮掺杂可以提高碳基底与ni颗粒电子传输效率，并调控ni电子结构以优化co2的吸附与活化，从而提高电催化剂还原二氧化碳产一氧化碳的性能。本专利技术中，催化剂的比表面积为900～1100m2/g，所述的孔径约为1～10nm，镍球形纳米颗粒的粒径为10nm～50nm。此外，所述催化剂制备方法操作简单、成本较低、产率高，可以大批量生产，应用前景广阔。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
4、(1)将研碎的松木加入到稀磷酸溶液中搅拌混合，得到悬浊液；
5、其中，每50～70ml稀磷酸溶液需要松木5～8g，稀磷酸的浓度为3～6mol/l。
6、(2)将所得混合悬浊液经过高压反应釜中，180～200℃下水热反应8～12h，得到水热产物；
7、(3)将所得水热产物进行抽滤、洗涤和干燥，得到碳前驱体粉末；
8、(4)将步骤(3)中的产物与氯化锌混合进行煅烧，得到生物质多孔活性炭；
9、其中，碳前驱体粉末和加入氯化锌的质量比为1:1.8～2.2；
10、(5)将多孔活性碳与氯化镍和尿素研磨混合，将混合粉末置于管式炉中进行煅烧，煅烧结束后再进行酸洗、水洗、干燥后得到所述二氧化碳还原电催化剂。
11、其中，多孔活性炭与氯化镍的质量比约为1:1.8～2.2；氯化镍和尿素的质量比为1:1～1:5；
12、所述碳源为松木；
13、所述的镍源为氯化镍。
14、步骤(4)中的煅烧的具体条件为：在通有气流速度为100～200ml/min的氩气条件下以1～5℃/min的升温速率升到600～900℃，升温完成后需要保温2～4小时。
15、步骤(5)中的煅烧的具体条件为：在通有气流速度为100～200ml/min的氩气条件下以1～5℃/min的升温速率升到300～900℃，升温完成后需要保温1～3小时。
16、所述的方法制备的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的应用，用于三电极体系中，将co2高选择性转换为co。
17、具体包括如下步骤：
18、采用h型三电极电解池，其中，工作电极为负载在碳纸上的ni/n1-3pc-600，参比电极为ag/agcl电极，对电极为铂丝电极；
19、电解液为0.1～1mol/l的khco3溶液，通入co2气体使得电解液达到饱和，然后在-0.5～-1.2v vs rhe的负电位下进行30～60min恒电位电解，得到co。
20、本专利技术中，通过将生物质松木进行简单水洗处理，浸入磷酸溶液中经水热反应后洗涤干燥，再与zncl2煅烧而成多孔活性炭(pc)。在煅烧过程中调整其煅烧温度能够调控多孔活性炭颗粒尺寸和比表面积。
21、本专利技术的有益效果为：
22、本专利技术将生物质松木为原材料，通过水热法和煅烧，调控温度得到高比表面积的多孔活性炭，在由氩气气氛下和尿素煅烧得到ni纳米颗粒修饰的氮掺杂生物质碳。通过有效调控催化剂制备条件，获得具有特殊形貌与结构的催化剂，极大地提高二氧化碳与催化剂的接触比表面积，从而提供更多的催化活性位。本专利技术还具有制备方法易受控制，处理效果好，处理量大，能耗低，使用原料成本低、易得到目标产物等优势。
23、使用ni纳米颗粒修饰的氮掺杂生物质碳催化剂用于二氧化碳还原为一氧化碳。将催化剂用作阴极电极，加入到反应池中，其对二氧化碳具有良好的催化活性和选择性，在-0.5vvs.rhe～-0.9v vs.rhe宽电位下，测试电流稳定，并且一氧化碳的法拉第效率均在90％～98％之间。在电化学领域具有良好的应用前景。
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1.一种基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为所述镍源为氯化镍。
3.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为稀磷酸的浓度为3～6mol/L。
4.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为步骤(4)中的煅烧的具体条件为：1～5℃/min的升温速率升到600～900℃，升温完成后需要保温2～4小时；
5.如权利要求1所述的方法制备的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的应用，其特征为用于三电极体系中，将CO2高选择性转换为CO。
6.如权利要求5所述的应用，其特征为包括如下步骤：采用H型三电极电解池，其中，采用H型三电极电解池，其中，工作电极为负载在碳纸上的Ni/N1-3PC-600，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂丝电极；
【技术特征摘要】
1.一种基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为所述镍源为氯化镍。
3.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为稀磷酸的浓度为3～6mol/l。
4.如权利要求1所述的基于生物质碳的二氧化碳还原电催化剂的制备方法，其特征为步骤(4)中的煅烧的具体条件为：1～...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敬德，张自生，赵松安，武兰兰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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