[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂及其制备方法和应用。该催化剂由单分散金属原子负载在石墨烯和碳纳米管上/内构成；其中单分散金属原子含量为0.001 wt%～5.0 wt%，金属纳米簇的含量为1 wt%～30.0 wt%，石墨烯/碳纳米管的含量为45 wt%～97.999%wt%，杂原子掺杂含量为1 wt%～20 wt%。本发明通过电化学和高温热处理两步方法得到了石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂，工艺绿色、效率高。该催化剂用于电催化还原CO₂，可提高其电催化还原CO₂的法拉第效率、产物选择性高、材料稳定性好、可有效降低电催化还原CO₂所需的过电位。

主权项

1.一种石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将电化学剥离的石墨烯浆料涂覆在导电支撑体上并放入多孔绝缘聚合物袋中作为阳极使用，阴极为纯导电支撑体；（2）将步骤（1）所制电极在含金属源的电解池中电解，电解结束后分离出固体，并洗涤干净，即得到负载有单分散金属原子的石墨烯，电解液回收利用；金属源包含Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或两种以上；（3）将步骤（2）所得单分散金属原子/石墨烯固体与杂原子原料和金属源混合均匀，然后将该混合物置于高温惰性气氛中进行热处理；所述的杂原子原料包括氮源、磷源、硫源、硼源、杂原子掺杂的石墨烯/碳纳米管中的一种或多种；所述氮源包括三聚氰胺、氨基酸、双氰胺、尿素、聚乙烯亚胺、脂肪族不饱和胺中的一种或多种；所述硫源包括硫脲、硫氰酸铵、二苄基二硫中的一种或多种；所述磷源包括植酸、磷酸中的一种或两种；所述硼源包括硼酸、氨基苯硼酸半硫酸盐中的一种或两种；杂原子掺杂的石墨烯/碳纳米管包含氮掺杂石墨烯/碳纳米管、硫掺杂石墨烯/碳纳米管、磷掺杂石墨烯/碳纳米管、硼掺杂石墨烯/碳纳米管、氮硫共掺杂石墨烯/碳纳米管、氮磷共掺杂石墨烯/碳纳米管、氮硼共掺杂石墨烯/碳纳米管、硫磷共掺杂石墨烯/碳纳米管、硫硼共掺杂石墨烯/碳纳米管、磷硼共掺杂石墨烯/碳纳米管、氮硫磷共掺杂石墨烯/碳纳米管、氮硫硼共掺杂石墨烯/碳纳米管、硫磷硼共掺杂石墨烯/碳纳米管、氮硫磷硼共掺杂石墨烯/碳纳米管中的一种；（4）用酸洗涤掉步骤（3）热处理后的石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合材料表面不稳定的金属颗粒，即得到石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂。