[发明专利]一种电催化用改性碳基催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种电催化用改性碳基催化剂的制备方法，属于电催化剂技术领域，包括以下步骤：获取灰渣：从炼油厂获取气化灰渣搅拌均匀后烘干备用；混合灰渣：加入尿素充分研磨，然后转移至马弗炉，输入氩气保护；退火：将马弗炉加热，恒温处理后冷却至室温；酸洗：将退火后的灰渣用硫酸恒温酸洗，然后使用超纯水冲洗过滤；二次退火：将酸洗后的灰渣送入马弗炉进行二次退火，得改性碳基催化剂。本发明的方法实现了废物利用，减少催化剂的生产成本；目标产物选择性高，减少分离成本；目标产物可长时间稳定连续工作。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，具体是一种电催化用改性碳基催化剂的制备方法。

背景技术

随着人类生产活动日益频繁，大量化石燃料开采使得CO₂过度排放，这直接导致了全球气温升高以及冰川融化等一系列严重威胁人类生存的气候问题，捕捉大气中的CO₂转化利用有望改善目前的状况。电催化CO₂转化(CO₂RR)不仅缓解了温室气体带来的气候问题，另外一方面，将诸如风能、太阳能、潮汐能等新能源以化学键的形式存储在具有经济效益的催化还原产物中，解决了可再生能源存储问题。

CO₂RR涉及多质子多电子转移，存在^*COOH、^*CO、^*CHO等多种反应中间体，反应步骤复杂，使得还原产物分布广；提高电催化CO₂还原产物选择性是亟待解决的一个热点问题，比如铜可以催化还原生成一氧化碳、甲酸、乙烯、乙醇，甚至是像正丙醇等多碳产物。气相和液相多种产物分布造成了严重的分离困扰，设计一种低电位下获取高选择性目标产物的催化剂成了高效利用CO₂的关键。电催化CO₂转换CO是一个简单的两电子两质子过程：吸附在催化剂上的CO₂结合一个H⁺并得到一个电子e生成^*COOH中间体，^*COOH再结合一个 H⁺得到一个电子e脱掉一个H₂O得到^*CO，^*CO从催化剂表面脱附得到CO分子。就气相产物而言，CO是诸多电还原产物中电量消耗收益最高的产物。该过程在电解池的阴极侧进行，所以不可避免地存在一个竞争的析氢反应过程HER，提高CO选择性的一个策略就是抑制 HER。

Au、Ag等贵金属可实现高选择性催化CO₂还原生成CO，但是催化剂的高成本制约着CO₂RR实际应用。碳基材料在自然界中储量丰富，具有高导电性、高温稳定性和耐酸碱腐蚀的化学惰性等独特优点。这种化学惰性使得不会发生像金属纳米颗粒那样的结构重整或者团簇，从而有利于催化剂长时间运行工作。原始无缺陷碳材料对CO₂RR的本征活性贡献很小，原因是其上激活CO₂分子的能垒太高；而利用缺陷或空穴，在碳晶格中加入杂原子，可以调节相邻碳的电荷密度和电子结构，有利于优化碳材料的载流子浓度，提供丰富的活性位点。

对此，我们提出一种“自下而上”的单原子催化剂制备策略，以石油化工中的劣质渣油气化灰渣为前驱体，通过酸洗和高温热解处理过程，所得M-N-C基单原子催化剂可以高效的将CO₂选择性的电还原为CO。H型电解池测试中，-0.60到-0.99V(vs.RHE)的电位窗口内，CO法拉第效率超过90％；初步的膜电极电解测试结果表明，处理后的气化灰渣催化剂可以稳定驱动300mA的CO析出电流并保持超过50小时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电催化用改性碳基催化剂的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电催化用改性碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

获取灰渣：从炼油厂获取气化灰渣搅拌均匀后烘干备用；