本發明屬于納米催化劑,具體涉及一種激光固相合成納米合金催化劑的方法、納米合金催化劑及應用。
背景技術:
1、隨著工業發展,化石能源的過度開發導致二氧化碳(co2)的過量排放,引發了溫室效應,氣候變暖等一系列環境問題,對全球可持續發展戰略構成了嚴峻挑戰。因此研發將co2作為原料轉化為高附加值化學品(如一氧化碳、甲酸、甲烷等)的催化材料引起了人們的高度關注。在co2電催化還原領域,貴金屬催化劑(au、ag、pd等)因其高一氧化碳(co)產物選擇性和較低的過電位成為早期研究重點。然而其高昂的成本和稀缺性嚴重制約了大規模工業化應用。為替代貴金屬,研究人員致力于開發非貴金屬催化劑。其中鎳(ni)因其與鈀(pd)相似的最外層電子結構,對關鍵反應中間體(*cooh)具有適宜的吸附強度,顯示出良好的催化潛力。但ni對氫中間體(*h)的吸附能過強,在反應過程中常伴隨著副反應析氫反應(her)發生,嚴重降低了產物co的選擇性。
2、納米催化劑的制備方法多樣,常用的方法包括沉淀法、浸漬法、水熱法、涂層法等。這些方法技術相對成熟,然而也面臨著反應周期長、能耗高、工藝步驟繁瑣等問題。激光技術因其高效、清潔的特點,被應用于納米材料的合成。例如專利文獻cn107043135a和cn118179612a公開了液相脈沖激光燒蝕法,該“自上而下”的技術通過激光液相燒蝕塊體靶材產生納米顆粒。然而該方法能量利用率低,且所制備的納米顆粒尺寸分布寬,形貌與組成難以精確控制,導致催化性能不穩定。
技術實現思路
1、本發明的主要目的在于提供一種激光固相合成納米合金催化劑的方法、納米合金催化劑及應用,以克服現有技術的缺陷。
2、為實現前述發明目的,本發明采用的技術方案包括:
3、本發明的第一個方面提供了一種激光固相合成納米合金催化劑的方法,其包括:
4、使包含鋅源的第一混合溶液與包含第一助劑的第二混合溶液混合,去除混合體系中的溶劑,得到沉淀物;
5、使所述沉淀物與第二助劑混合均勻,經真空碳化,制得負載在碳摻雜氮載體上的前驅體;
6、使所述負載在碳摻雜氮載體上的前驅體與包含鎳源的第三混合溶液混合均勻,形成固相反應體系,經激光輻照,制得納米合金催化劑。
7、本發明的第二個方面提供了由所述方法制得的納米合金催化劑,其包括鎳鋅納米合金催化劑,具有納米合金-純金屬結構,所述納米合金-純金屬結構包括納米合金部分和純金屬部分。
8、本發明的第三個方面提供了所述的納米合金催化劑在電催化二氧化碳還原、co2資源化利用轉化、新能源或者環境保護領域中的應用。
9、本發明的第四個方面提供了一種電催化還原二氧化碳的方法,其中所用催化劑包括所述的納米合金催化劑。
10、相較于現有技術,本發明至少具有以下的有益效果:
11、(1)本發明提供的催化劑結構新穎,采用激光固相合成納米合金催化劑,該催化劑呈現特殊的“一顆粒雙區域”結構特征,即單個顆粒同時包含納米合金相區域與純金屬相區域。
12、(2)本發明所制備的納米合金催化劑在co2電催化還原制co方面表現出高co選擇性以及高穩定性等優異性能。
13、(3)本發明提供的催化劑工業化應用前景廣闊。激光固相合成方法綠色、高效。通過激光輻照負載在碳載體上的金屬前驅體,實現其熱解還原,生成納米顆粒,可以實現納米催化劑的大規模生產。
1.一種激光固相合成納米合金催化劑的方法,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述前驅體包括鋅前驅體;
3.根據權利要求2所述的方法,其特征在于,具體包括:以2~10℃/min的升溫速率升溫至800~1000℃,在0.1~0.15mpa的真空度下進行所述真空碳化1~3h;
4.根據權利要求3所述的方法,其特征在于,所述激光輻照的工藝參數還包括:激光單脈沖能量密度為88~125?mj/cm2,激光光斑大小為3545?~3585?um;
5.根據權利要求4所述的方法,其特征在于:所述鋅源包括六水合硝酸鋅;
6.由權利要求1-5中任一項所述方法制得的納米合金催化劑,其特征在于,所述納米合金催化劑包括鎳鋅納米合金催化劑,具有納米合金-純金屬結構,所述納米合金-純金屬結構包括納米合金部分和純金屬部分。
7.根據權利要求6所述的納米合金催化劑,其特征在于:所述納米合金-純金屬結構為亞穩態的雙面神異質結構;
8.根據權利要求6所述的納米合金催化劑,其特征在于:所述納米合金包括鎳鋅納米合金;
9.權利要求6-8中任一項所述的納米合金催化劑在電催化二氧化碳還原、co2資源化利用轉化、新能源或者環境保護領域中的應用。
10.一種電催化還原二氧化碳的方法,其特征在于:所用催化劑包括權利要求6-8中任一項所述的納米合金催化劑。