[发明专利]一种氮掺杂碳-氧化锌复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂碳‑氧化锌复合材料及其制备方法和应用。本发明的氮掺杂碳‑氧化锌复合材料的组成包括掺氮碳纳米片和负载在掺氮碳纳米片上的氧化锌纳米颗粒，其制备方法包括以下步骤：1)将碳源、含氮有机物和碱金属碳酸盐混合后置于保护气氛中进行煅烧，再进行酸洗，得到掺氮碳纳米片；2)将可溶性锌盐、掺氮碳纳米片和碱分散在溶剂中，进行反应，即得氮掺杂碳‑氧化锌复合材料。本发明的氮掺杂碳‑氧化锌复合材料的结构稳定、粒径小、催化活性位点多，用于电催化CO₂还原产CO反应具有高催化活性和高选择性。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳-氧化锌复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。近些年来，随着工业的发展和科技的进步，大量化石燃料的燃烧导致向大气中排放的二氧化碳急剧增多，加剧了温室效应，预计到21世纪后期大气中二氧化碳的浓度和目前(约400ppm)相比会增加一倍，这会给整个生态环境带来严重的问题。因此，如何减少大气中二氧化碳的含量是人们必须面对和亟待解决的重大问题。

电还原二氧化碳采用外加电场和水分别作为能量源和离子源，在常温常压下即可实现二氧化碳的转化，被认为是一种极具应用前景的二氧化碳处理方法。然而，二氧化碳电还原是一个复杂的多电子反应，需要在比较高的过电位下才能进行，且在二氧化碳电还原过程中所涉及的热力学势都比较相近，因此选择性较差，容易发生副反应(析氢反应是主要的竞争反应)。可见，电还原二氧化碳还难以真正进行实际应用。

因此，开发一种能够有效促进目标产物反应的电催化剂是推动电还原二氧化碳进行实际应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳-氧化锌复合材料及其制备方法和应用

本发明所采取的技术方案是：

一种氮掺杂碳-氧化锌复合材料，其组成包括掺氮碳纳米片和负载在掺氮碳纳米片上的氧化锌纳米颗粒。

优选的，所述掺氮碳纳米片的厚度为80nm～120nm。

优选的，所述氧化锌纳米颗粒的粒径为10nm～20nm。

上述氮掺杂碳-氧化锌复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)将碳源、含氮有机物和碱金属碳酸盐混合后置于保护气氛中进行煅烧，再进行酸洗，得到掺氮碳纳米片；

2)将可溶性锌盐、掺氮碳纳米片和碱分散在溶剂中，进行反应，即得氮掺杂碳-氧化锌复合材料。

优选的，上述氮掺杂碳-氧化锌复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)将碳源、含氮有机物和碱金属碳酸盐混合进行研磨，再转移至管式炉中，充入保护气氛，进行煅烧，再进行酸洗、水洗、抽滤和干燥，得到掺氮碳纳米片；

2)将可溶性锌盐和掺氮碳纳米片用溶剂分散，并将碱用溶剂分散，再混合后进行反应，再进行过滤、洗涤和干燥，即得氮掺杂碳-氧化锌复合材料。

优选的，步骤1)所述碳源、含氮有机物、碱金属碳酸盐的质量比为1:0.1～1:2～4。

优选的，步骤1)所述碳源为葡萄糖、纤维素、蔗糖中的至少一种。

优选的，步骤1)所述含氮有机物为三聚氰胺、尿素中的至少一种。

优选的，步骤1)所述碱金属碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。

优选的，步骤1)所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

优选的，步骤1)所述煅烧的具体操作为：以3℃/min～7℃/min的升温速率升温至700℃～900℃，保温1h～2h。