[发明专利]一种多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO2

说明书

本发明涉及CO₂还原催化剂技术领域，且公开了一种多孔碳‑石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂，包括以下配方原料及组分：多孔石墨烯气凝胶、硝酸钴、硝酸锌、有机配体、聚乙烯吡咯烷酮。该一种多孔碳‑石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂，比表面积巨大的功能化石墨烯气凝胶通过静电吸引力和氢键作用对Co²⁺和Zn²⁺进行吸附，使Co²⁺和Zn²⁺均匀吸附到石墨烯气凝胶的基体中，4‑氨基‑3,5‑二‑3‑吡啶基‑4H‑1,2,4‑三唑与Co²⁺和Zn²⁺反应，在石墨烯表面原位生成CoZn‑MOFs，有机骨架高温热裂解形成导电性能优异的氮掺杂碳材料，钴热还原成Co纳米粒子均匀生长在石墨烯中，沸点较低的锌高温蒸发，在碳基体中形成大量的空位和孔道结构，表现出优异的CO₂还原CO的催化活性。

技术领域

本发明涉及CO2还原催化剂技术领域，具体为一种多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂及其制法。

背景技术

二氧化碳是温室气体的主要组成，如何将二氧化碳转化为一氧化碳、甲酸等可利用的化学原料成为热点研究领域，相对于传统的气相转化和光催化，对于应对环境污染问题，以及缓解能源危机具有重要的意义。电化学催化将二氧化碳还原为一氧化碳，具有条件温和可控，能耗较低的优点。

目前的还原二氧化碳为一氧化碳的电催化剂主要有纳米过渡金属，如纳米锌、纳米镍等；过渡金属氧化物，如钴氧化物、镍氧化物等，近年来，金属掺杂的多孔碳材料具有廉价易得、比表面积大等优点，是一种极具发展潜力的二氧化碳电化学还原催化剂，如何进一步提高金属掺杂多孔碳材料的导电性能和电化学活性催化位点成文研究热点和难点。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂及其制法，解决了金属掺杂多孔碳材料的导电性能不高，电化学活性催化位点不足的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂，包括以下原料及组分，多孔石墨烯气凝胶、硝酸钴、硝酸锌、有机配体、聚乙烯吡咯烷酮，质量比为30-80:100:65-70:500-550:20-30。

优选的，所述有机配体为4-氨基-3,5-二-3-吡啶基-4H-1,2,4-三唑。

优选的，所述多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、氧化石墨烯和尿素，置于恒温超声分散仪中，进行超声分散处理，再加入聚乙烯吡咯烷酮作为交联剂，继续超声处理，将溶液倒入高压反应釜中，在170-190℃下反应10-15h，将溶液冷冻干燥除去溶剂、洗涤并干燥，制备得到功能化石墨烯气凝胶。

(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和功能化石墨烯气凝胶，超声分散均匀后加入硝酸钴和硝酸锌，静置陈化12-24h，再加入有机配体4-氨基-3,5-二-3-吡啶基-4H-1,2,4-三唑和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后将溶液倒入高压反应釜中，在170-200℃下反应24-36h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到CoZn-MOFs负载石墨烯。

(3)将CoZn-MOFs负载石墨烯置于气氛炉中进行升温、保温煅烧，制备得到多孔碳-石墨烯负载纳米钴的CO₂还原催化剂。