一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法与流程

1.本发明属于碳基电催化剂的制备技术领域，具体涉及一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法。


背景技术：

2.在温室气体二氧化碳电化学转化方面，合适的电催化剂能够降低反应中间过程的能垒，从而加速反应的进行，这有助于碳的循环利用以及碳中和目标的早日实现。电催化技术能够充分地与风电、水电和太阳能发电等清洁电能结合，既有利于绿色能源的存储又利于碳减排。但由于二氧化碳结构稳定，反应能垒高，其高选择性转化难度很大，另外成本低、工艺流程短、性能稳定等技术要求也为合适催化剂的遴选加大了难度。
3.碳基材料具有原料来源广、比表面积大、导电性能好、结构稳定等优异的特点，但其在水介质电解质中析氢反应十分剧烈；以碳框架为基体引入镍、氮、氧杂原子，改变了镍、氮、氧和碳原子的电子结构，目前采用廉价原料来简易制备镍氮氧共掺杂碳基纳米材料用于电催化二氧化碳转化未见报道。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是提供了一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，该方法制得的镍氮氧共掺杂碳基材料结构稳定，厚度只有几个纳米，且具有较大的比表面积，这有利于暴露出尽可能多的活性位点，提高电催化的转化效率。
5.本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤s1：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入40
‑
120mg硝酸镍，继续剧烈搅拌12h，置于干燥箱中于70℃真空干燥得到充分螯合样品；步骤s2，将步骤s1得到的螯合样品置于瓷舟内，在管式炉内以氩气作为保护气，于900
‑
1100℃碳化1.5h，然后将管式炉自然冷却至室温得到黑色粉末状样品镍氮氧共掺杂碳基纳米材料。
6.进一步优选，步骤s1中硝酸镍加入量为80mg。
7.进一步优选，步骤s2中碳化温度为1000℃。
8.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明制备方法简单，原料成本低廉，反应设备常见，制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料具有较大的比表面积，利于暴露出尽可能多的活性位点与二氧化碳的接触，同时氮氧原子对镍原子进行锚定和电子结构调节，最终表现出良好的二氧化碳催化性能以及长期稳定性。
附图说明
9.图1是本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的sem图；图2是本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的xrd图；
图3是本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的eds图。
具体实施方式
10.以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
11.实施例1步骤s1：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入80mg硝酸镍，继续剧烈搅拌12h，置于干燥箱中于70℃真空干燥得到充分螯合样品；步骤s2，将步骤s1得到的螯合样品置于瓷舟内，在管式炉内以氩气作为保护气，于1000℃碳化1.5h，然后将管式炉自然冷却至室温得到黑色粉末状样品镍氮氧共掺杂碳基纳米材料。
12.图1为本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的sem图。如图1可知，制备的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料为几个纳米的薄片结构。
13.图2为本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的xrd图，如图2可知，制备的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料仍保持了碳材料的特有xrd图谱，说明镍氮氧是以原子态掺杂到碳框架里的。
14.图3为本发明实施例1制得的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的eds图，如图3可知，制备的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料碳、镍、氮、氧元素均匀分布，未见金属镍团簇。
15.将该镍氮氧共掺杂碳基纳米材料用于电催化二氧化碳还原的工作电极催化剂，其co法拉第效率fe
co
为95.3%，在
‑
1.05 v（vs.rhe）电势下co电流j
co 高达 121.4ma mg
‑1。这说明制备的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料由于其独特的金属单原子配位，以及较大的比表面积和良好的电子传输性能，表现出了良好的催化活性，展现出较高的co2还原的催化活性。此外，镍氮氧共掺杂碳基纳米材料具有很高的稳定性。
16.实施例2步骤s1：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入40mg硝酸镍，继续剧烈搅拌12h，置于干燥箱中于70℃真空干燥得到充分螯合样品；步骤s2，将步骤s1得到的螯合样品置于瓷舟内，在管式炉内以氩气作为保护气，于900℃碳化1.5h，然后将管式炉自然冷却至室温得到黑色粉末状样品镍氮氧共掺杂碳基纳米材料。
17.实施例3步骤s1：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入120mg硝酸镍，继续剧烈搅拌12h，置于干燥箱中于70℃真空干燥得到充分螯合样品；步骤s2，将步骤s1得到的螯合样品置于瓷舟内，在管式炉内以氩气作为保护气，于1100℃碳化1.5h，然后将管式炉自然冷却至室温得到黑色粉末状样品镍氮氧共掺杂碳基纳米材料。
18.以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入
本发明保护的范围内。


技术特征：
1.一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤s1：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入40
‑
120mg硝酸镍，继续剧烈搅拌12h，置于干燥箱中于70℃真空干燥得到充分螯合样品；步骤s2，将步骤s1得到的螯合样品置于瓷舟内，在管式炉内以氩气作为保护气，于900
‑
1100℃碳化1.5h，然后将管式炉自然冷却至室温得到黑色粉末状样品镍氮氧共掺杂碳基纳米材料。2.根据权利要求1所述的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中硝酸镍加入量为80mg。3.根据权利要求1所述的镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中碳化温度为1000℃。

技术总结
本发明公开了一种镍氮氧共掺杂碳基纳米材料的制备方法，具体过程为：将5.5g尿素和0.289g柠檬酸溶于去离子水中，剧烈搅拌30min，随后加入40


技术研发人员：韩雪云 马中军 王红菊 陈晨 刘宁 武大鹏 蒋凯
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2021/11/4