[发明专利]一种通过外磁场强化稀土金属调控磁性材料催化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种通过外磁场强化稀土金属调控磁性材料催化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法，属于电化学领域。该方法提出了调控稀土以促进二氧化碳电还原反应生成一氧化碳的法拉第效率，该方法提出了使用1000 mT磁场促进二氧化碳还原反应。该方法使用含稀土磁性材料作为磁响应催化剂，既可以明显地增强催化活性中心，又可以对外磁场产生积极响应。本方法能够明显地提高CO2电催化还原生成CO的能量利用效率，减少能源损失，促进能量的转化效率，在能源领域有着非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及到外磁场强化稀土金属调控磁性材料催化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法。

技术背景

鉴于全球能源面临的严峻现状以及人类的生存环境极为脆弱等环境威胁，科研工作者正在加快寻找能够解决当前能源危机和环境危机的方法。许多研究者将目光放在了温室气体CO₂上。温室气体CO₂的过量排放导致严重的温室效应，这也是全球气候变暖的主要原因之一。所以解决CO₂排放是一种行之有效的缓解、减少温室效应的办法。在减少大气环境中CO₂的方法已经被众多研究者提出，例如电催化和光催化等。这些方法通过调整催化剂的内部电子结构、外部载体的形貌结构、纳米团簇的尺寸结构等，以期能够将CO₂还原为高附加值的其他产物，如甲酸、甲醇、乙酸、乙醇、乙烷、乙烯等。但是这些方法仍然处于研究的初级阶段，遇到了各自的一些研究瓶颈，亟需新的研究思路来打破瓶颈。

发明专利CN113774408B一种通过外磁场强化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法，该方法提出了施加不同强度的外磁场以促进二氧化碳电还原反应生成一氧化碳的法拉第效率，并且明显地增大电流。但是该方法未彻底解决提高反应效率的问题。需要进一步研究方法调控促进CO₂还原催化为CO的法拉第效率，提高催化反应中的反应电流密度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供外磁场强化稀土金属调控磁性材料催化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法。该方法在实践过程中表现出优异的二氧化碳还原性能，极大地增强了电流强度。

本发明的技术方案为：一种通过外磁场强化稀土金属调控磁性材料催化二氧化碳电还原生成一氧化碳的方法，包括以下步骤：

（1）制备稀土磁性材料催化剂；

（2）将稀土磁性材料催化剂分别负载于碳纸上；

（3）电催化二氧化碳还原过程中，外磁场使用双轭电磁铁施加，N极、S极正对，催化剂片处于N、S磁极正中间。

所述的稀土磁性材料催化剂是Nd@Ni@CN，Sm@Ni@CN，Eu@Ni@CN，Gd@Ni@CN，Tb@Ni@CN，Dy@Ni@CN，Ho@Ni@CN，Er@Ni@CN，Tm@Ni@CN，Lu@Ni@CN，Y@Ni@CN任何之一。

优选的，所述的稀土磁性材料催化剂为Dy@Ni@CN。

优选的，所述电磁铁施加的磁场强度为1000 mT。

优选的，所述的稀土磁性材料催化剂的制备方法为：

（1）先称取0.5 g导电炭黑于20 mL超纯水中，加入0.5 g Zn(NO₃) 2·6H₂O溶于其中；待0.5 g Zn(NO₃) 2·6H₂O完全溶解之后，再加入3 g 2-甲基咪唑，室温下搅拌直至溶液转变为粘稠状态，然后在烘箱中烘干；

（2）将（1）中的材料称取0.5g，称取0.7g的Ni(NO₃) ₂·6H₂O、0.2 g的水合X(NO₃) ₃，其中X可以为Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Y等稀土元素中的任何一种，溶于20 mL醇水混合液中，室温下搅拌2 h，烘干；