CN111841612A - 一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 - Google Patents
一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111841612A CN111841612A CN202010793406.5A CN202010793406A CN111841612A CN 111841612 A CN111841612 A CN 111841612A CN 202010793406 A CN202010793406 A CN 202010793406A CN 111841612 A CN111841612 A CN 111841612A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sulfur
- nitrogen
- nano sio
- porous carbon
- situ doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N [N].[S] Chemical compound [N].[S] PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 45
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L Zinc chloride Inorganic materials [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 36
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims abstract description 25
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 3-aminobenzenesulfonic acid Chemical compound NC1=CC=CC(S(O)(=O)=O)=C1 ZAJAQTYSTDTMCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 46
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 37
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 33
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 28
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 21
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 14
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 14
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 11
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 11
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 7
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 2
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 abstract description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明涉及电催化还原CO2技术领域，且公开了一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，包括以下配方原料及组分：氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸、过硫酸铵。苯胺和间氨基苯磺酸在多孔纳米SiO2表面原位聚合，得到磺化聚苯胺微球包覆多孔纳米SiO2，通过高温热裂解，得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2，通过氢氟酸和氟化铵刻蚀，得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球，独特的中空结构和丰富的孔隙结构，有利于提高催化剂与电解液的润湿性，以及反应物质的传输和扩散，原位均匀掺杂的含氮和含硫官能团作为电催化活性位点，有利于降低CO2还原为CO反应过程中的速控步吉布斯自由能垒。
Description
技术领域
本发明涉及电催化还原CO2技术领域，具体为一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂及其制法。
背景技术
近年来随着过度燃烧化石燃料，过量排放CO2引起的温室效应等环境污染问题日益严峻，如何减少大气中CO2的含量，同时将CO2还原为CO、CH4等可利用的化学资源使解决这一问题的有效途径，电催化还原是一种发展潜力巨大的CO2还原策略，其CO2还原效率主要取决于催化剂和电极材料。
多孔碳材料具有丰富的孔道结构，比表面积巨大，导电性能良好，在电催化产氢、氧还原催化剂以及CO2电化学还原等方面具有重要的应用，并且可以通过掺杂金属和非金属元素来增加多孔碳材料的电化学活性位点，提高多孔碳材料CO2电化学还原的催化活性，因此如何进一步提高多孔碳材料的比表面积和电催化活性位点成为研究热点。
(一)解决的技术问题
针对现有的基于碳材料CO2还原CO电催化剂技术的不足，本发明提供了一种高效的氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂及其制法。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂：包括以下原料及组分，氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸、过硫酸铵，质量比为50-80:100-180:100:15-60:270-385。
优选的，所述氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为4-6:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至70-90℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，匀速搅拌反应6-12h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中，升温至550-600℃，煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入氨基硅烷偶联剂，加热至100-120℃，匀速搅拌反应5-10h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8-1.2mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌4-8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，匀速搅拌反应10-15h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至800-900℃，保温煅烧2-3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀4-10h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂。
优选的，所述步骤(1)中的氢氧化钠、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯的质量比为3-4:10-15:100。
优选的，所述步骤(1)中的气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚。
优选的，所述步骤(2)中的氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷的任意一种，与多孔纳米SiO2的质量比为4-8:10。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，以功能化多孔纳米SiO2的氨基作为反应位点，使苯胺和间氨基苯磺酸在多孔纳米SiO2表面原位聚合，得到磺化聚苯胺微球包覆多孔纳米SiO2，通过高温热裂解，氯化锌作为致孔剂，以磺化聚苯胺作为碳源，得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2，多孔结构的纳米SiO2很容易被氢氟酸和氟化铵的刻蚀，从而得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球，碳微球具有独特的中空结构和丰富的孔隙结构，有利于提高催化剂与电解液的润湿性，以及反应物质的传输和扩散，同时原位均匀掺杂的含氮和含硫官能团作为电催化活性位点，有利于降低CO2还原为CO反应过程中的速控步吉布斯自由能垒，从而使氮硫原位掺杂中空多孔碳微球表现出优异的CO2还原CO的催化活性。
附图说明
图1是反应釜加热箱正面示意图；
图2是环形卡板调节示意图；
图3是聚合反应釜俯视示意图。
1-坩埚转动装置；2-旋转轴；3-连接杆；4齿轮；5-螺纹环；6-导轮；7-转轮；8-坩埚。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂：包括以下原料及组分，氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸、过硫酸铵，质量比为50-80:100-180:100:15-60:270-385。
氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为4-6:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至70-90℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为3-4:10-15:100，匀速搅拌反应6-12h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至550-600℃，煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷的任意一种，与多孔纳米SiO2的质量比为4-8:10，加热至100-120℃，匀速搅拌反应5-10h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8-1.2mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌4-8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，匀速搅拌反应10-15h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至800-900℃，保温煅烧2-3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀4-10h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂。
实施例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为4:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至70℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为3:10:100，匀速搅拌反应6h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至550℃，煅烧3h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，与多孔纳米SiO2的质量比为4:10，加热至100℃，匀速搅拌反应5h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌4h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，其中氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸和过硫酸铵的质量比为50:100:100:15:270，匀速搅拌反应10h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至800℃，保温煅烧2h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀4h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂1。
实施例2
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为6:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至90℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为3.4:12:100，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至550℃，煅烧3h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，与多孔纳米SiO2的质量比为5:10，加热至120℃，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为1mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，其中氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸和过硫酸铵的质量比为60:130:100:25:300，匀速搅拌反应15h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至900℃，保温煅烧3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀4h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂2。
实施例3
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为5:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至80℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为3.6:14:100，匀速搅拌反应10h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至580℃，煅烧4h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，与多孔纳米SiO2的质量比为5:10，加热至110℃，匀速搅拌反应7h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为1mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌6h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，其中氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸和过硫酸铵的质量比为70:150:100:40:340，匀速搅拌反应12h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至850℃，保温煅烧2.5h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀8h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂3。
实施例4
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为6:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至90℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为4:15:100，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至600℃，煅烧5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，与多孔纳米SiO2的质量比为8:10，加热至120℃，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为1.2mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，其中氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸和过硫酸铵的质量比为80:180:100:60:385，匀速搅拌反应15h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至900℃，保温煅烧3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀10h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂4。
对比例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，两者体积比为6:1，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于油浴锅中加热至90℃，搅拌均匀后缓慢滴加正硅酸乙酯，三者质量比为2:18:100，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚，在空气氛围中，升温至600℃，煅烧5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，与多孔纳米SiO2的质量比为2:10，加热至120℃，匀速搅拌反应5h，将溶液离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为1mol/L的盐酸溶液、氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后匀速搅拌8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，其中氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸和过硫酸铵的质量比为100:80:100:10:250，匀速搅拌反应10h，将溶液抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至900℃，保温煅烧3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2。
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，匀速搅拌进行刻蚀10h，过滤、洗涤并干燥，制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原对比电催化剂1。
将实施例和对比例中的氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂调制成浆料，均匀涂敷在玻碳电极上，作为工作电极，铂片电极作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，在H型电解池中，测试的CO2还原成CO的活性和还原效率，使用CHI660D电化学工作站进行电化学性能测试，测试标准为GB/T 20245.5-2013。
Claims (5)
1.一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，其特征在于：包括以下原料及组分，氨基功能化多孔纳米SiO2、氯化锌、苯胺、间氨基苯磺酸、过硫酸铵，质量比为50-80:100-180:100:15-60:270-385。
2.根据权利要求1所述的一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，其特征在于：所述氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向体积比为4-6:1的蒸馏水和乙二醇混合溶剂中加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，加热至70-90℃，缓慢滴加正硅酸乙酯，反应6-12h，过滤并洗涤，沉淀产物置于气氛电阻炉中，在空气氛围中，升温至550-600℃，煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2；
(2)向甲苯溶剂中加入多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入氨基硅烷偶联剂，加热至100-120℃，反应5-10h，离心分离、洗涤并干燥，制备得到氨基功能化多孔纳米SiO2；
(3)向物质的量浓度为0.8-1.2mol/L的盐酸溶液中加入氨基功能化多孔纳米SiO2和氯化锌，超声分散均匀后搅拌4-8h，置于冰水浴中加入苯胺和间氨基苯磺酸，缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，反应10-15h，抽滤并洗涤，固体产物置于气氛电阻炉中，在氩气氛围中，升温至800-900℃，保温煅烧2-3h，制备得到氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2；
(4)将氮硫原位掺杂多孔碳微球包覆纳米SiO2置于氢氟酸和氟化铵的混合溶液中，进行刻蚀4-10h，过滤、洗涤并干燥，制备得到制备得到氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，其特征在于：所述步骤(1)中的氢氧化钠、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯的质量比为3-4:10-15:100。
4.根据权利要求1所述的一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，其特征在于：所述步骤(1)中的气氛电阻炉包括坩埚转动装置、煅烧坩埚转动装置设置有旋转轴，旋转轴固定连接有连接杆，连接有活动连接有齿轮，齿轮活动连接有螺纹环，连接杆活动连接有导轮，导轮活动连接有转轮，转轮上方活动连接有坩埚。
5.根据权利要求2所述的一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的CO2还原电催化剂，其特征在于：所述步骤(2)中的氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷的任意一种，与多孔纳米SiO2的质量比为4-8:10。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010793406.5A CN111841612A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010793406.5A CN111841612A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111841612A true CN111841612A (zh) | 2020-10-30 |
Family
ID=73542984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010793406.5A Withdrawn CN111841612A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111841612A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112522737A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-19 | 孙海燕 | 一种Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO2还原催化剂及其制法 |
| CN113559724A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-29 | 太原理工大学 | 一种基于氮硫共掺杂多孔碳球混合基质膜的制备方法及应用 |
-
2020
- 2020-08-10 CN CN202010793406.5A patent/CN111841612A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112522737A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-19 | 孙海燕 | 一种Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO2还原催化剂及其制法 |
| CN113559724A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-29 | 太原理工大学 | 一种基于氮硫共掺杂多孔碳球混合基质膜的制备方法及应用 |
| CN113559724B (zh) * | 2021-07-12 | 2023-11-24 | 太原理工大学 | 一种基于氮硫共掺杂多孔碳球混合基质膜的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108736028B (zh) | 一种多孔氮掺杂碳负载钴纳米材料、制备方法及其应用 | |
| CN110534755B (zh) | 一种锌基金属有机框架材料及其铁氮共掺杂碳基氧还原电催化剂的制备方法和应用 | |
| CN111841612A (zh) | 一种氮硫原位掺杂中空多孔碳微球的co2还原电催化剂及其制法 | |
| CN110433673B (zh) | 一种季铵盐功能化聚砜-纳米凹凸棒石杂化阴离子交换膜及其制备方法 | |
| CN111785943B (zh) | 一种npc@c/s复合材料的制备方法及应用 | |
| CN110523420A (zh) | 一种Bi4O5Br2/薄层Ti3C2复合型光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113061221B (zh) | 一种共价有机框架材料及其制备方法和用途 | |
| CN113209841A (zh) | 一种氨基化zif-8与聚乙烯醇的混合基质膜及其制备方法和应用 | |
| CN106298246B (zh) | 一种太阳能电池表面吸收增强层的制备方法 | |
| CN112635780A (zh) | 一种微孔聚合物基氮磷掺杂多孔空心碳球的制备方法及应用 | |
| CN110492088A (zh) | 一种zif-8@还原氧化石墨烯负载硫复合材料及其制备方法及锂硫电池正极和锂硫电池 | |
| CN115624976A (zh) | 镶嵌型氧化锆/氧化钴复合纳米颗粒的制备方法及应用 | |
| CN113005477A (zh) | 一种磷硫共掺杂石墨烯负载Mo2C复合材料的制备方法 | |
| CN112323510A (zh) | 一种连续涂敷低成本制备气体扩散层碳纸的方法 | |
| CN112164781A (zh) | 一种多孔SiO2包覆多壳层空心SnO2的锂离子电池负极材料 | |
| CN109833835B (zh) | 一种内凹型空心铂钯纳米晶体的制备方法、内凹型空心铂钯纳米晶体及其应用 | |
| CN109626444B (zh) | 一种多孔道亚微米球状FeS2的制备方法 | |
| CN115286757B (zh) | 基于多氮烯烃连接的共价有机框架材料及其制备方法和应用 | |
| CN113480741B (zh) | 螯合Cu2+金属有机框架材料的制备方法及其在壳聚糖复合阴离子膜中的应用 | |
| CN109573976A (zh) | 一种掺氮多孔碳及其制备方法和应用 | |
| CN109994745B (zh) | 一种富勒烯嫁接石墨烯材料负载钯催化剂及其制备和应用 | |
| Niu et al. | F127 assisted synthesis of tri-(Fe/F/N)-doped porous carbons with a high density of Fe3C and Fe-N4 catalytic sites as efficient electrocatalysts for ORR | |
| CN113593925A (zh) | 一种用作电极材料的硫化铜/碳复合材料的制备方法 | |
| CN112466670A (zh) | 一种多孔ctf纳米片及其制备方法和用途 | |
| CN111939941B (zh) | 钌基催化剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20201030 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |