阅读说明：本技术 一种Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO2还原催化剂及其制法 (CO of Cu-doped nitrogen-rich porous carbon hollow sphere2Reduction catalyst and process for producing the same ) 是由 孙海燕 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电催化还原CO-2技术领域,且公开了一种Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO-2还原催化剂,CaCO-3-蒽油-聚多巴胺复合物经过热活化、碳化,得到碳包覆结构,形成氮掺杂梯级多孔碳网络,得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO-2还原催化剂,呈纳米空心微球状,材料内部碳层交联,具有蜂窝状多孔结构,N元素掺杂造成碳层缺陷,表面呈褶皱状,N大多以吡啶N和吡咯N的形式存在,有利于还原CO-2,Cu掺杂使复合材料的法拉第效率增加,加速电子传输,增加气液接触面积,暴露更多的活性位点,提高了电催化还原CO-2的动力学速度、释放CO的速度,实现了更加优异的电催化还原CO-2性能。(The invention relates to the electrocatalytic reduction of CO 2 The technical field of the method and the device and discloses CO of the Cu-doped nitrogen-rich porous carbon hollow sphere 2 Reduction catalyst, CaCO 3 Thermal activation and carbonization are carried out on the anthracene oil-polydopamine composite to obtain a carbon coating structure, a nitrogen-doped cascade porous carbon network is formed, and CO of the Cu-doped nitrogen-rich porous carbon hollow sphere is obtained 2 The reduction catalyst is in a nano hollow microspherical shape, carbon layers in the material are crosslinked, the reduction catalyst has a honeycomb porous structure, the carbon layer defects are caused by doping of N elements, the surface is in a wrinkle shape, N mostly exists in the form of pyridine N and pyrrole N, and reduction of CO is facilitated 2 Cu doping increases the Faraday efficiency of the composite material, accelerates electron transmission, increases the gas-liquid contact area, exposes more active sites, and improves the electrocatalytic reduction of CO 2 The dynamic speed and the CO release speed of the catalyst realize more excellent electro-catalytic reduction of CO 2 And (4) performance.)

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂，Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:80-120:150-250:15-40，超声分散均匀，在35-45℃水浴下恒温搅拌2-4h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至200-300℃，热活化1-3h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至650-750℃，碳化1-3h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在70-90℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌1-3h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

实施例1

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:80:150:15，超声分散均匀，在35℃水浴下恒温搅拌2h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至200℃，热活化1h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至650℃，碳化1h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在70℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌1h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

实施例2

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:100:200:27.5，超声分散均匀，在40℃水浴下恒温搅拌3h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至250℃，热活化2h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至700℃，碳化2h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在80℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌2h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

实施例3

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:90:190:20，超声分散均匀，在35℃水浴下恒温搅拌4h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至260℃，热活化3h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至690℃，碳化1h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在75℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌3h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

实施例4

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:120:250:40，超声分散均匀，在45℃水浴下恒温搅拌4h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至300℃，热活化3h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至750℃，碳化3h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在90℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌3h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

对比例1

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、蒽油馏分、纳米碳酸钙模板剂、盐酸多巴胺、硫酸铜，四者的质量比为100:60:120:10，超声分散均匀，在45℃水浴下恒温搅拌2h，过滤并干燥，得到前驱体；

(2)将前驱体研磨充分，并将得到的粉末置于气氛管式炉中，先进行热活化过程，热活化过程为在空气氛围中，以2℃/min的升温速率升温至300℃，热活化1h，随后进行碳化过程，碳化过程为在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至750℃，碳化1h，冷却，得到固体产物；

(3)将固体产物置于水浴装置中，水浴装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，隔板的中间活动连接有齿轮一，电机的顶部活动连接有齿轮二，齿轮二的左侧活动连接有齿轮三，齿轮二的底部活动连接有连接杆，齿轮三的顶部活动连接有磁铁，齿轮一的顶部活动连接有横杆，主体的中间活动连接有底板，底板的顶部活动连接有烧杯，在90℃的盐酸溶液中水浴，恒温搅拌1h，过滤、洗涤并干燥，得到Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂。

向反应瓶中加入1mL乙醇、实施例和对比例中得到的Cu掺杂富氮多孔碳空心球的CO₂还原催化剂10mg、炭黑10mg，再加入100uL质量分数为5％的Nafion溶液，超声分散均匀，取100uL涂于碳纸表面并干燥，作为工作电极，以Pt作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，电解液为0.1mol/L的KHCO₃溶液，采用CHI 660E型电化学工作站进行CO₂电化学还原性能测试。