【技術實現步驟摘要】
本申請涉及一種超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑及其制備方法和應用，屬于無機催化劑材料和電化學還原co2。
技術介紹
1、溫室氣體co2的過量排放，導致了嚴重的全球性氣候和生態環境問題。由可再生能源驅動的電催化co2還原，既可以產生高附加值燃料和化學品，同時能減少co2排放，作為實現可持續碳循環的有效途徑，受到越來越多的關注。然而，電化學co2轉化技術的應用，面臨著諸于低電流密度、低選擇性、高過電勢等障礙。
2、co是一種應用廣泛的化工原料，被認為是co2電還原最經濟可行的產品。碳基體中原子分散的過渡金屬氮位點，由于其獨特的電子結構、明確的配位環境和最大的原子利用率，成為電催化co2還原的一類熱門催化劑。酞菁鐵因其fe-n-c結構，表現出超過90％的co選擇性，但酞菁鐵容易團聚，且只在很窄的電勢窗口表現出催化活性。而ni單原子催化劑雖然有高co選擇性，但過電勢較高影響能量效率。在單原子催化劑的基礎上引入第二單原子金屬位點，建立雙原子位點，可以打破單原子催化位點與不同中間體吸附自由能的線性關系，調整催化劑的電子結構，提高單原子催化劑的催化性能。
技術實現思路
1、本申請通過引入第二金屬活性中心構筑雙原子位催化劑(dascs)，可以調節金屬中心的電子結構，優化反應物和中間體的反應自由能，從而打破單原子位點線性關系的約束，在電催化co2還原等復雜多步反應中具有廣闊的應用前景。通過π-π堆積把酞菁鐵分子級分散在超薄氮摻雜碳納米片基鎳原子催化劑上，可以有效降低co2還原過程中的能量，
2、根據本申請的一個方面，提供一種超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑，包括超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子和π-π堆積負載的分子級分散的酞菁鐵；
3、所述的鎳原子在超薄氮摻雜碳納米片呈原子級分散狀態；
4、所述的酞菁鐵在超薄氮摻雜碳納米片呈分子級分散狀態；
5、所述超薄氮摻雜碳納米片的厚度為1.78～1.98nm；
6、可選地，所述碳納米片的厚度為1.78nm、1.88nm、1.98nm中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
7、所述超薄氮摻雜碳納米片的長度為3～5μm；
8、可選地，所述碳納米片的長度為3μm、4μm、5μm中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
9、所述超薄氮摻雜碳納米片的比表面積為936.5～956.5m2/g；
10、可選地，所述碳納米片的比表面積為936.5m2/g、946.5m2/g、956.5m2/g中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
11、所述超薄氮摻雜碳納米片的孔容為0.66～0.86cm3/g；
12、可選地，所述碳納米片的孔容為0.66cm3/g、0.76cm3/g、0.86cm3/g中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
13、所述超薄氮摻雜碳納米片的孔徑為3.03～3.23nm；
14、可選地，所述碳納米片的孔徑為3.03nm、3.13nm、3.23nm中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
15、所述超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的鎳元素含量為1.04wt％。
16、所述超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的鐵元素含量為0.43～1.23wt％；
17、可選地，所述超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的鐵元素含量為0.43wt％、0.63wt％、0.83wt％、1.23wt％中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
18、根據本申請的另一個方面，提供一種超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的制備方法，包括如下步驟：
19、a)將超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子超聲分散在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，得到懸浮液a；
20、b)將fepc溶解在溶劑dmf中，得到溶液b；
21、c)將懸浮液a和溶液b混合，超聲，室溫攪拌反應，得到所述的超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑。
22、所述懸浮液a，超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子與dmf的比例為1mg:1ml，超聲分散0.5h。
23、所述溶液b，酞菁鐵的濃度為1mg/ml。
24、所述超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子與酞菁鐵的質量比為1:0.05～1:0.15；
25、可選地，超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子與酞菁鐵的質量比為1:0.05、1:0.075、1:0.1、1:0.125、1:0.15中的任意值或任意兩者之間的范圍值。
26、c)所述懸浮液a和溶液b混合后的反應體系，超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子與dmf的比例為1mg:1.2ml。
27、c)所述懸浮液a和溶液b混合后的超聲，時間為1h。
28、c)所述懸浮液a和溶液b混合后的室溫攪拌反應，時間為20h。
29、1.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，
30、c)所述的產物，后處理方式為抽濾，乙醇洗滌3遍，80℃真空干燥10h。
31、具體地，包括下述步驟：
32、(1)將15mg超薄氮摻雜碳納米片基鎳單原子超聲分散在15ml的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，超聲分散0.5h，得到懸浮液a；
33、(2)將1.5mg酞菁鐵溶解在1.5ml溶劑dmf中，得到溶液b；
34、(3)將溶液b倒入溶液a中，補加1.5ml溶劑dmf，超聲1h，然后室溫攪拌20h；
35、(4)反應后的溶液抽濾，固體用乙醇洗滌3遍，80℃真空干燥10h。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑，其特征在于，
2.一種權利要1所述的超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，
5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，
6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑，其特征在于，
2.一種權利要1所述的超薄碳納米片基鎳鐵雙原子催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的制備...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。