一种Ni-N-C材料的可控合成方法及其应用

本发明涉及一种可控合成方法，具体为一种ni-n-c材料的可控合成方法及其应用，属于ni-n-c材料。

背景技术：

1、co2转化利用对化解全球环境生态危机与助力全球“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要意义。因此，迫切需要开发先进的co2转化利用技术来解决当前co2问题。在这方面，许多新兴的技术，如化学固定和电/光化学还原，已被提出来抑制二氧化碳的释放。

2、在这些技术中，电化学二氧化碳还原反应(co2rr)被认为是与可再生能源结合后实现生产增值化学品和燃料的潜在途径，电催化还原co2直接转化为其他可利用的再生能源，对于既可以减少温室气体co2的排放，又能够制备高附加值化学品以缓解能源危机十分具有意义，且电催化还原技术由于电能来源广泛且稳定、结构简单、反应温和和反应效率高等优势，近年来已经成为能源存储与转化领域的热点之一，受到众多研究者的关注与研究。

3、在可能的产品中，一氧化碳的生产是一种备受关注的方法，因为一氧化碳可以很容易地通过现有的热化学反应作为增值化学品和燃料的原料。由于这些原因，金(au)、银(ag)、锌(zn)和钯(pd)已被广泛研究用于co的生产。合成气(co、h2)是重要的化工原料气，是c1化学的重要组成部分，将合成气有效转化为清洁的液体燃料和高附加值化学品，品种繁多的合成气化学产品是化学工业及其他工业不可缺少的原料，为有效缓解生态压力提供了更多可能性。

4、但是现有技术在合成催化剂并电解一氧化碳的过程中，其合成氧化时间的不同都难以调控到合成气比例的变化，使得难以控制合成催化剂并电解一氧化碳的效率，因此我们提出了一种ni-n-c材料的可控合成方法及其应用。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种ni-n-c材料的可控合成方法及其应用，控制不同氧化时间即可制备不同表面修饰的镍单原子包覆的镍纳米簇的催化剂，根据氧化时间的不同能够宽范围调控合成气比例的变化。经过长时间电解后，其还原co2至co和h2混合气的电流效率也无明显衰减。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种ni-n-c材料的可控合成方法及其应用，包括以下步骤：

3、步骤一：配制溶液并合成黑色固体；

4、首先配置ni-n-c的前驱体溶液，将3.5mmol的zncl2粉末和0.1mmol的ni(no3)2固体加入到30ml的甲酰胺溶液中并搅拌溶解，将溶液转移到50ml的特氟龙内衬不锈钢高压釜中立即密封，在180℃的烘箱中保持12小时；自然冷却到室温后，将得到的溶液分别用去离子水和无水乙醇洗涤几次，抽滤后在60℃下干燥过夜得黑色固体；

5、步骤二：制备ni-n-c催化剂；

6、将黑色固体在850～950℃的氩气气氛中煅烧2h得到ni-n-c颗粒；再将前面处理的ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧，控制ni-n-c和镍纳米簇的比例，制备镍单原子包覆的镍纳米簇的ni-n-c催化剂；

7、步骤三：制备工作电极；

8、在nafion 117质子交换膜(pem)分隔为阳极槽和阴极槽的h型电解池中，铂片和ag/agcl(3.5m饱和kcl溶液)分别作为对电极和参比电极，1.0×1.0cm2碳纸涂有催化剂作为工作电极，电解池中装入60ml的0.1m khco3溶液，在测试前，将20ml/min的co2连续注入电解液至少半小时至饱和，然后在连续通入co2的条件下恒电位还原co2，在不同的恒定电位下进行电解，以每个特定电位下的产物组成；

9、所述恒电位还原过程中的电位控制为-1.3v～-1.8v，制备工作电极时，将5mg催化剂分散在980μl的无水乙醇中，再加入20μl的nafion 117溶液，超声40min，形成均匀的油墨，取出200μl滴涂在碳纸上，在红外线灯下干燥使用。

10、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为0h，即未经过煅烧。

11、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为1h。

12、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为3h。

13、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为6h。

14、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为9h。

15、优选的，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为12h。

16、一种ni-n-c材料的应用，包括随着ni-n-c氧化时间的增加调控合成气比例变化的体系应用。

17、本发明的有益效果是：该催化剂易于制备，控制不同氧化时间即可制备不同表面修饰的镍单原子包覆的镍纳米簇的催化剂，根据氧化时间的不同能够宽范围调控合成气比例的变化。该催化剂的稳定性很好，经过长时间电解后，其还原co2至co和h2混合气的电流效率也无明显衰减。

技术特征：

1.一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为0h，即未经过煅烧。

3.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为1h。

4.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为3h。

5.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为6h。

6.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为9h。

7.根据权利要求1所述的一种ni-n-c材料的可控合成方法，其特征在于，所述控制ni-n-c颗粒在250～350℃的空气气氛中煅烧时间为12h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种ni-n-c材料的应用，其特征在于，包括随着ni-n-c氧化时间的增加调控合成气比例变化的体系应用。

技术总结
本发明公开了一种Ni‑N‑C材料的可控合成方法及其应用，包括以下步骤：步骤一：配制溶液并合成黑色固体；步骤二：制备Ni‑N‑C催化剂；步骤三：制备工作电极。本发明的有益效果是：该催化剂易于制备，控制不同氧化时间即可制备不同表面修饰的镍单原子包覆的镍纳米簇的催化剂，根据氧化时间的不同能够宽范围调控合成气比例的变化。该催化剂的稳定性很好，经过长时间电解后，其还原CO<subgt;2</subgt;至CO和H<subgt;2</subgt;混合气的电流效率也无明显衰减。

技术研发人员：吕琳,陈婧娟,王浩,万厚钊,汪汉斌,马国坤,崔欣蕾
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6