CN115613068A - 一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法及其应用。本发明的制备方法包括：将含氮有机物、含碳有机物与镍盐研磨后煅烧碳化，清洗、干燥后得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。进一步，将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于有机溶剂中，然后加入金属酞菁分子反应，清洗、干燥后得到可得金属酞菁分子修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。该复合催化剂通过金属镍到多层级氮掺杂碳纳米管的电荷转移作用，调节活性位点对反应中间体的吸附强度，提高了电催化活性和反应选择性。多层级孔结构有利于构建电子、离子传输和电解质通道。修饰金属酞菁分子后可进一步提高复合催化剂的催化活性。

Description

一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制 备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法及其应用，属于电催化技术领域。
背景技术
电化学还原CO2反应(CO2RR)是实现CO2循环利用和存储间歇性可再生能源的有效方法。在众多的CO2还原产物中，CO受到广泛关注，原因包括： CO可以通过费托反应进一步转化为高附加值的碳氢化合物，是重要的工业原料；与多碳产物相比，产生CO的过电位更低、电子转移数更少，在实际应用中的成本更低。
CO2RR转化为CO面临活化CO2的高过电位以及竞争性的析氢反应 (HER)等挑战。在目前的研究中，金、银等贵金属催化剂具有较高的活性和选择性，但其高昂的价格限制了大规模应用。碳基催化剂由于成本较低和化学稳定性较高而受到广泛关注，通过杂原子和金属原子掺杂的方法能有效地提高碳基催化剂的活性。氮和过渡金属共掺杂的单原子催化剂(M-N-C)以及分子催化剂具有明确的配位结构，有利于理解催化剂的构效关系。但单原子催化剂存在金属载量较低、催化活性位点不足以及分子催化剂导电性差等问题，使电催化CO2还原反应的电流密度较低、过电位较高，严重限制了大规模实际应用。
发明内容
本发明的目的是：针对现有单原子催化剂存在金属载量较低、催化活性位点不足以及分子催化剂导电性差等问题，提出一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。该催化剂用于催化电化学还原CO2反应，具有在低过电位下实现高电流密度和产物高CO选择性的特点。通过金属酞菁分子修饰，可以进一步提高其催化活性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，所述复合催化剂是以氮掺杂碳纳米管为载体，镍纳米颗粒包覆于氮掺杂碳纳米管中，形成多层级孔结构；
其制备方法包括：将含氮有机物、含碳有机物与镍盐均匀研磨，得到固体前驱体，将固体前驱体在惰性气体氛围下煅烧碳化，所得产物经过清洗和干燥后，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
优选地，所述含氮有机物选自三聚氰胺、尿素和双氰胺中的至少一种；所述含碳有机物选自葡萄糖、蔗糖、三聚氰胺中的至少一种；所述镍盐选自六水合硝酸镍；所述含氮有机物与镍盐的质量比为5～100:1；所述含碳有机物与镍盐的质量比为0.5～100:1。
更优选地，所述含氮有机物为三聚氰胺。
更优选地，所述含氮有机物与镍盐的质量比为10:1。
更优选地，所述含碳有机物为三聚氰胺。
更优选地，所述含碳有机物与镍盐的质量比为10:1。
优选地，所述煅烧的温度为700～900℃，时间为1～3h。
优选地，所述复合催化剂经过金属酚菁分子修饰后具有金属镍和金属酞菁分子的双活性位点；
所述金属酞菁分子修饰的方法包括：将所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于有机溶剂中，加入金属酞菁分子，通过超声和搅拌处理，得到产物，将产物清洗和干燥后，得到金属酞菁分子修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
优选地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)；所述金属酞菁分子选自酞菁钴、酞菁铁和酞菁镍中的至少一种；所述多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒与金属酞菁分子的质量比为20:1-2:1。
更优选地，所述金属酞菁分子为酞菁钴。
更优选地，所述多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒与金属酞菁分子的质量比为4:1。
本发明还提供了上述的制备方法制备所得的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
本发明还提供了上述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂在电催化CO2还原中的应用，在阴极电位为-0.26～-0.66V的窗口下，实现产物超过80％的CO选择性，电流密度最高达到1.5A/cm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备的复合催化剂，多层级氮掺杂碳纳米管与金属镍纳米颗粒界面存在轨道杂化，发生从金属镍到氮掺杂碳纳米管的电荷转移，进而调节金属镍对反应中间体的吸附强度，从而较大程度地提高了产物CO的选择性，有效抑制了竞争性析氢反应；多层级孔结构有利于构建电子、离子传输和电解质通道，促进反应传质过程；此外，金属酞菁分子修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂具有金属镍和金属酞菁分子的双活性位点，二者具有协同作用，在电催化CO2还原中能够实现高催化活性；
(2)本发明的制备方法简单，工艺条件温和，易于实现，原料廉价易得，成本低，因此，本发明的复合催化剂适于规模化生产和工业化应用。
附图说明
图1为实施例1制备的酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的SEM图；
图2为实施例1中酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与电流密度关系图；
图3为实施例1中酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与CO和H2法拉第效率图；
图4为实施例2中酞菁镍修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与电流密度关系图；
图5是实施例2中酞菁镍修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与CO和H2法拉第效率图；
图6是实施例3中酞菁铁修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与电流密度关系图；
图7是实施例3中酞菁铁修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与CO和H2法拉第效率图；
图8为实施例10中酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与电流密度关系图；
图9为实施例10中酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂应用于电催化CO2还原的电位与CO和H2法拉第效率图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
取50mg上述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过 DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。其形貌如图1所示，碳纳米管相互交错，管径分布为20～200 nm；镍纳米颗粒包覆于碳纳米管中，与管径大小基本一致，证明具有多层级孔结构。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，实现高电流密度和高CO选择性。不同电位下的电流密度如图2所示，CO和H2的选择性如图 3所示。
实施例2
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg酞菁镍分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过 DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁镍修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁镍修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，实现高电流密度和高CO选择性。不同电位下的电流密度如图4所示，CO和H2的选择性如图5所示。
实施例3
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg 酞菁铁分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁铁修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁铁修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，实现高电流密度和高CO选择性。不同电位下的电流密度如图6所示，CO和H2的选择性如图 7所示。
实施例4
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入 2.5mg酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO选择性如表1所示。
实施例5
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入 25mg酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO选择性如表1所示。
实施例6
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为700℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg 酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO选择性如表1所示。
实施例7
以三聚氰胺作为碳源和氮源，将2g三聚氰胺与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为900℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
取50mg上述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过 DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO选择性如表1所示。
实施例8
以三聚氰胺作为氮源，葡萄糖为碳源，将2g三聚氰胺，200mg葡萄糖与 20mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
实施例9
以三聚氰胺作为氮源，葡萄糖为碳源，将2g三聚氰胺，200mg葡萄糖与 100mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
实施例10
以三聚氰胺作为氮源，葡萄糖为碳源，将2g三聚氰胺，200mg葡萄糖与 200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
取50mg上述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于DMF中，加入12.5mg酞菁钴分子，通过超声和搅拌处理24h后得到产物。将产物通过 DMF和乙醇清洗和干燥，得到酞菁钴修饰的氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
将酞菁钴修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，实现高电流密度和高CO选择性。不同电位下的电流密度如图8所示，CO和H2的选择性如图9所示。
实施例11
以三聚氰胺作为氮源，葡萄糖为碳源，将2g三聚氰胺、200mg葡萄糖与 400mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
实施例12
将2g三聚氰胺、400mg葡萄糖与200mg六水合硝酸镍于研钵中研磨20 分钟，得到固体前驱体。将固体前驱体在氮气氛围下煅烧碳化，温度为800℃，时间为2h，升温速率为5℃/min。将产物通过乙醇清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
将多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒作为催化剂应用于电催化CO2还原，在具有扩散电极的液流电池中进行测试，在-0.46V下的电流密度和CO 选择性如表1所示。
表1实施例1、4～12制备的催化剂在电催化还原应用中对CO的选择性
Figure BDA0003851177390000091
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述复合催化剂是以氮掺杂碳纳米管为载体，镍纳米颗粒包覆于氮掺杂碳纳米管中，形成多层级孔结构；
其制备方法包括：将含氮有机物、含碳有机物与镍盐均匀研磨，得到固体前驱体，将固体前驱体在惰性气体氛围下煅烧碳化，所得产物经过清洗和干燥，得到多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述含氮有机物选自三聚氰胺、尿素和双氰胺中的至少一种；所述含碳有机物选自葡萄糖、蔗糖和三聚氰胺中的至少一种；所述镍盐选自六水合硝酸镍；所述含氮有机物与镍盐的质量比为5～100:1；所述含碳有机物与镍盐的质量比为0.5～100:1。
3.如权利要求1所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700～900℃，时间为1～3h。
4.如权利要求1所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述复合催化剂经过金属酞菁分子修饰后具有金属镍和金属酞菁分子的双活性位点；
所述金属酞菁分子修饰的方法包括：将所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒分散于有机溶剂中，加入金属酞菁分子，通过超声和搅拌处理，得到产物，将产物清洗和干燥后，得到金属酞菁分子修饰的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
5.如权利要求4所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述金属酞菁分子选自酞菁钴、酞菁铁和酞菁镍中的至少一种；所述多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒与金属酞菁分子的质量比为2～20:1。
6.权利要求1～5中任意一项所述的制备方法制备所得的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂。
7.权利要求6所述的多层级氮掺杂碳纳米管包覆镍纳米颗粒复合催化剂在电催化CO2还原中的应用。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105413730A (zh) * 2015-11-25 2016-03-23 青岛大学 一种氮掺杂碳纳米管包裹钴电催化氧还原材料的制备方法
WO2018132937A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 South University Of Science And Technology Of China Use of metal phthalocyanine/nanocarbon hybrid catalysts for efficient electrochemical reduction of co2
CN110783582A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 浙江理工大学 一种氮掺杂碳纳米管负载的氮掺杂碳包覆铁钴合金双功能催化剂及其制备方法和应用
CN110911694A (zh) * 2019-11-27 2020-03-24 南方科技大学 利用金属酞菁分子-纳米碳制备异相单分子电催化剂的方法及其用途
CN111211300A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 南昌大学 金属镍／氮掺杂碳纳米管及其锂硫电池复合正极材料
CN111530492A (zh) * 2020-06-16 2020-08-14 浙江大学 氮掺杂碳纳米管包覆金属镍/碳化钼的复合电催化剂及其制法和应用
US20220251715A1 (en) * 2019-07-22 2022-08-11 Universite De Paris Iron and cobalt molecular complexes for the selective electrochemical reduction of co2 into co, with flow cells

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105413730A (zh) * 2015-11-25 2016-03-23 青岛大学 一种氮掺杂碳纳米管包裹钴电催化氧还原材料的制备方法
WO2018132937A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 South University Of Science And Technology Of China Use of metal phthalocyanine/nanocarbon hybrid catalysts for efficient electrochemical reduction of co2
US20220251715A1 (en) * 2019-07-22 2022-08-11 Universite De Paris Iron and cobalt molecular complexes for the selective electrochemical reduction of co2 into co, with flow cells
CN110783582A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 浙江理工大学 一种氮掺杂碳纳米管负载的氮掺杂碳包覆铁钴合金双功能催化剂及其制备方法和应用
CN110911694A (zh) * 2019-11-27 2020-03-24 南方科技大学 利用金属酞菁分子-纳米碳制备异相单分子电催化剂的方法及其用途
CN111211300A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 南昌大学 金属镍／氮掺杂碳纳米管及其锂硫电池复合正极材料
CN111530492A (zh) * 2020-06-16 2020-08-14 浙江大学 氮掺杂碳纳米管包覆金属镍/碳化钼的复合电催化剂及其制法和应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GANG, YANG等: ""Efficient electrochemical CO2 reduction to CO by metal and nitrogen co-doped carbon catalysts derived from pharmaceutical wastes adsorbed on commercial carbon nanotubes"", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》, vol. 453, pages 139712 *
SA, YOUNG JIN等: ""Thermal Transformation of Molecular Ni2+-N-4 Sites for Enhanced CO2 Electroreduction Activity"", 《ACS CATALYSIS》, vol. 10, no. 19, pages 10920 - 10931 *
WANG, FUCHENG等: ""Effect of nickel-based electrocatalyst size on electrochemical carbon dioxide reduction: A density functional theory study"", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》, vol. 615, pages 587 - 596, XP086986973, DOI: 10.1016/j.jcis.2022.02.032 *
王志永 等: ""氮掺杂的三层碳纳米管的制备"", 《无机化学学报》, pages 1237 - 1241 *

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