一种镍钇双金属催化材料及其制备方法与应用
本发明属于电催化，具体地涉及一种镍钇双金属催化材料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、现代工业化的不断推进，人们对能源的需求急剧增长。其中，占极大比例的化石燃料的燃烧带来诸多如温室效应等的环境问题，燃料燃烧过程产生的大量二氧化碳破坏了原有稳定的碳平衡。在认识到二氧化碳带来环境危害的同时，我们也要认识到二氧化碳作为分布最广泛的碳资源之一，具有较大的潜在利用价值。若能以二氧化碳为原料获得更高价值的化学品，将对实现碳中和与储存利用可再生能源产生更大的意义。
2、当前，电催化还原二氧化碳技术因其体系简单，反应温和可控等优点受到广泛关注。实现电催化还原获得高价值产物的关键之一是寻找一种低成本，高选择性与高效率的催化剂。在目前已报道的二氧化碳还原催化剂中，过渡族金属纳米化合物具有优异导电性，高电子传输速率等优点，被广泛研究，但其往往倾向于形成纳米团簇状结构，更有利于析氢反应，对高价值产物的选择性不高。而具有丰富电子轨道的稀土元素，例如元素钇，具有强烈的收缩效应、丰富的电子轨道，可以改变周围电子云密度、状态，被认为能够很好优化载体性能，提高催化效率。因此，开发一种催化性能优异，制备工艺简单的稀土掺杂的过渡族金属催化剂用于还原二氧化碳具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、针对背景技术提到的上述不足，本发明的目的在于提供一种镍钇双金属催化材料及其制备方法与应用。该镍钇双金属催化材料能提高电流密度，降低对析氢反应的选择性，稳定性好，催化性能优异，可以用于电催化还原二氧化碳中。
2、为了实现上述目的，本发明的第一目的是提供一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、(1)取一定量柠檬酸钾，在ar气氛的管式炉中进行热解，所得固体经酸洗、水洗后干燥，得到载体；
4、(2)将一定量2,2-联吡啶-5,5二羧酸、氧化钇、镍盐，分别加入到含有超纯水的烧杯中，超声混合后转移至高压反应釜中反应，反应结束后，冷却至室温，离心后将所得到的固体干燥，得到镍钇双金属配合物；
5、(3)称取一定量步骤 (2) 所得固体，分别与步骤 (1) 所得的固体、双氰胺 (氮源) 混合研磨，高温煅烧后，得到所需的镍钇双金属催化材料。
6、进一步地，上述技术方案步骤 (1) 中，柠檬酸钾热解反应在800±20℃下进行；所述酸洗步骤使用的是稀盐酸；干燥温度为70±5℃，干燥时间为10-14h。
7、进一步地，上述技术方案步骤 (2) 中，所述2,2-联吡啶-5,5二羧酸、氧化钇、镍盐的摩尔比为1：0.5：0.2。
8、进一步地，上述技术方案中，所述镍盐为四水合醋酸镍。
9、进一步地，上述技术方案步骤 (2) 中，反应温度为170±10℃，反应时间为3d，然后以10℃/h的速度降温至室温。
10、进一步地，上述技术方案步骤 (2) 中，离心的转速为10000rpm，时间为3min。
11、进一步地，上述技术方案步骤 (3) 中，所述镍钇双金属配合物、载体、双氰胺的质量比为1：3：12.5。
12、进一步地，上述技术方案步骤 (3) 中，煅烧时，在ar气条件下，以5℃/min的速度升温至750-950℃，保温5-6h，优选温度为850℃。
13、本发明第二目的是提供一种由上述制备方法制备的镍钇双金属催化材料。
14、本发明第三目的是提供一种由上述制备方法制备的镍钇双金属催化材料在电催化还原二氧化碳中的应用，应用时，测试条件为：以高纯石墨棒为对电极，ag/agcl为参比电极，0.1m khco3溶液为电解液，在室温下h型电解池中，进行电解。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果：
16、1、本发明中引入稀土钇单原子进行优化载体的电子状态，抑制了催化剂的析氢性，在较宽的电位窗口下能保持co法拉第效率维持70%以上，最高可以达到89%，电流密度达到20ma·cm-2，催化性能优异。
17、2、本发明经过电解实验表明，该物质在电解12h以上仍能够保持80%以上的法拉第效率，电流密度未有明显下降，具有出色的稳定性。
18、3、本发明将高丰度稀土元素钇引入催化剂进行掺杂，提高了高丰度稀土的利用价值，该制备方法所使用的原料来源广泛，工艺简单，成本低廉，适宜工业生产。
技术特征：
1.一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1) 中，柠檬酸钾热解反应在800±20℃下进行；所述酸洗步骤使用的是稀盐酸；干燥温度为70±5℃，干燥时间为10-14h。
3. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2) 中，所述2,2-联吡啶-5,5二羧酸、氧化钇、镍盐的摩尔比为1：0.5：0.2。
4.根据权利要求1或3所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐为四水合醋酸镍。
5. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2) 中，反应温度为170±10℃，反应时间为3d，然后以10℃/h的速度降温至室温。
6. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2) 中，离心的转速为10000rpm，时间为3min。
7. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述镍钇双金属配合物、载体、双氰胺的质量比为1：3：12.5。
8. 根据权利要求1所述的一种镍钇双金属催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(3) 中，煅烧时，在ar气条件下，以5℃/min的速度升温至750-950℃，保温5-6h，优选温度为850℃。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的镍钇双金属催化材料。
10. 一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的镍钇双金属催化材料在电催化还原二氧化碳中的应用，其特征在于，应用时，测试条件为：以高纯石墨棒为对电极，ag/agcl为参比电极，0.1m khco3溶液为电解液，在室温下h型电解池中，进行电解。
技术总结
本发明属于电催化技术领域，具体地涉及一种镍钇双金属催化材料及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：取一定量柠檬酸钾，在Ar气氛的管式炉中进行热解，所得固体经酸洗、水洗后干燥，得到载体；将一定量2,2‑联吡啶‑5,5二羧酸、氧化钇、镍盐，分别加入到含有超纯水的烧杯中，超声混合后转移至反应釜中加热反应，反应结束后，冷却至室温，离心后将所得到的固体干燥，得到镍钇双金属配合物；称取一定量镍钇双金属配合物固体，分别与载体、双氰胺混合研磨，高温煅烧后，得到所需的镍钇双金属催化材料。本发明得到的镍钇双金属催化材料能提高电流密度，降低对析氢反应的选择性，稳定性好，可以用于电催化还原二氧化碳中。
技术研发人员：王红明,胡卓文,闫雨杰
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23