[发明专利]中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法与应用，方法包括：将ZIF‑8粉体、三水合硝酸铜以及聚合物分散到N‑N二甲基甲酰胺中，得到外层纺丝溶液；所述聚合物选自聚丙烯腈或聚乙烯吡咯烷酮；将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在有机溶剂中，得到内层纺丝溶液；将所述外层纺丝溶液注入到静电纺丝设备的外注射器中，将所述内层纺丝溶液注入到所述静电纺丝设备的内注射器中，进行静电纺丝，得到原丝纤维；在惰性气氛中对所述原丝纤维进行碳化处理，得到中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂。所得到的中空碳纳米纤维这种非金属基底能稳定金属纳米粒子，改变金属的电子云结构，从而提升催化剂CO₂RR催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及一种中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法与应用。

背景技术

CO₂是导致温室效应的主要气体之一，还是廉价、清洁、丰富的碳资源。开发一种成本效益高的电化学CO₂RR工艺可以实现化学工业和可持续能源经济的转变。电化学CO₂RR与风能或太阳能等可再生能源的结合使用，有利于对可再生能源进行存储。不仅可以减弱大气中的CO₂浓度的温室效应，还能将CO₂转化为用于生产化学品的基础材料。

CO₂RR是一个动力学缓慢的反应，需要高效的催化剂，目标是合适的催化剂可以在相对较高的电流密度下将CO₂分子转化为所需的产物并保持催化性能稳定。在目前的材料中，铜是唯一公认的在水溶液中产生大量烃或醇类的催化剂。然而，铜基电催化剂通常会生成气相和液相化学混合物。如何控制CO₂RR对所需产物的催化选择性仍然是一个挑战。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂、制备方法、应用，旨在解决如何控制CO₂RR对所需产物的催化选择性的问题。

本发明的技术方案如下：

第一方面，一种中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法，其中，包括：

将ZIF-8粉体、三水合硝酸铜以及聚合物分散到N-N二甲基甲酰胺中，得到外层纺丝溶液；所述聚合物选自聚丙烯腈或聚乙烯吡咯烷酮；

将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在有机溶剂中，得到内层纺丝溶液；所述有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺或无水乙醇；

将所述外层纺丝溶液注入到静电纺丝设备的外注射器中，将所述内层纺丝溶液注入到所述静电纺丝设备的内注射器中，进行静电纺丝，得到原丝纤维；

在惰性气氛中对所述原丝纤维进行碳化处理，得到中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂。

可选地，所述中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法，其中，在所述对所述原丝纤维进行碳化处理，得到中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂之前还包括步骤：将所述原丝纤维在空气气氛下，进行预氧化处理。

可选地，所述中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法，其中，所述ZIF-8粉体、聚合物及三水合硝酸铜的质量比为10：10：1

可选地，所述中空碳纳米纤维负载铜纳米颗粒电催化剂的制备方法，其中，所述将所述原丝纤维在空气气氛下，进行预氧化处理具体包括：

将所述原丝纤维置于管式炭化炉中，在空气气氛中，采用程序升温方式进行升温，升温速率为3-5℃·min^-1，至270℃保温1-2小时。