[发明专利]氧化镁/中空碳球复合材料、制备及应用

说明书

氧化镁/中空碳球复合材料、制备及应用，属于CO₂资源化技术领域。采用氧化镁‑中空碳球协同作用，提高了电催化CO₂还原活性和选择性，首次采用氧化镁材料用于电催化还原CO₂催化剂，通过氧化镁对对二氧化碳的捕集作用，构筑在温和操作条件下催化剂表面局部高浓的CO₂微环境，有利于提高反应物与催化剂的接触程度，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种应用于液相电解液中电催化还原二氧化碳的新型催化剂材料的制备方法，采用氧化镁-中空碳球协同修饰，提高了电催化CO₂还原活性和选择性，属于CO₂资源化技术领域。

背景技术：

由于日益增长的能源需求，特别是对化石燃料的过度消耗，导致了二氧化碳排放量急剧增加，并由此导致全球温室效应加剧。消除大气中过量的二氧化碳，特别是将二氧化碳转化为高附加值化学品，对实现能源和环境的可持续性至关重要。因此，在过去的几十年里，各种CO₂转化方法被提出并得到了深入的研究。在CO₂众多转化方法中，利用电化学还原方法对CO₂进行还原再利用具有许多优点，例如其反应可在常温常压条件下进行；反应过程具有可控性；电解质可回收，不会造成二次污染，而且还原CO₂时所使用的电能来源于新能源发电，符合环境绿色发展理念。因此利用电催化还原的方法将CO₂转化成可利用的能源小分子，不仅能缓解全球气候变暖的问题，还能减少人类对化石燃料的依赖。

但是由于CO₂分子具有较高的热力学稳定性和反应过程中涉及复杂的多电子转移，因此电催化还原CO₂需要克服比较大的能垒才能产生一些具有附加值的产品。特别地，CO₂在电解液中的溶解度低(ca.30mM)，限制了反应速率，很大程度上降低了催化剂活性和选择性。在以前的研究中提出了增压和降温的方法用以提高电解液中CO₂浓度，但是这种方法的效果有限，同时在实际应用中对技术要求高。此外，还有研究表明有机溶剂，特别是咪唑基离子液体，通过降低电子转移的能垒，增加CO₂的溶解度，稳定反应中间体，抑制析氢反应，显著促进CO₂电催化还原反应。然而，离子液体因其毒性和昂贵的价格很难被广泛使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种新型的催化剂材料制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种氧化镁/中空碳球复合材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：

(1)称取普朗尼克和油酸钠溶于超纯水中配成溶液，搅拌20分钟后加入硝酸镁，记为A溶液，其中普朗尼克、油酸钠、硝酸镁的质量比(2-5):(3-6):(3-7)；优选3:5:3.6；进一步优选每3mg普朗尼克对应1ml-3ml水；

(2)称取苯甲酸和乌洛托品溶于超纯水中配成溶液，记为B溶液；其中苯甲酸和乌洛托品的质量比为(2-3)：1；每3mg苯甲酸对应1-3mL水；

(3).在搅拌条件下，将B溶液匀速缓慢滴加到A溶液中，对滴加后的混合溶液持续搅拌12小时以上，其中普朗尼克与苯甲酸的质量比为1:(3-5)；

(4).将上述混合溶液转移到高压反应釜中，120℃-180℃(优选160℃)条件下水热12小时以上，，用超纯水洗涤3次离心收集前驱体材料，然后放置于60℃真空干燥箱中干燥12小时；