络合物法制备镍-氮共掺杂炭基二氧化碳电催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭基催化剂广泛应用于电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)。为解决催化剂存在的催化活性及选择性问题,以乙二胺与硝酸镍发生配位反应形成的三乙二胺合镍小分子络合物作为氮源和镍源,分别以亲水氧化石墨烯及疏水炭黑为载体,得到两类镍-氮共掺杂多孔炭基催化剂。通过X射线衍射及透射电镜等手段分析了镍物种在不同处理阶段的存在形式。CO_(2)RR性能测试表明,同一炭载体具有不同金属负载量的催化剂经过酸洗处理除去镍纳米颗粒后,一氧化碳分电流密度得到明显提升,表明原子级分散的镍物种是CO_(2)RR的活性位点。在-0.8 V(vs.RHE),不同催化剂的一氧化碳法拉第效率均达到90%。与亲水炭材料作为载体相比,疏水炭材料为载体制备的催化剂一氧化碳分电流密度更高,这表明疏水炭载体有利于过渡金属络合物在载体骨架中的负载与分散,进而抑制后续处理过程中活性物质的损失,从而获得高活性的镍-氮共掺杂炭基电催化剂。

光化学法制备过渡金属-氮共掺杂多孔炭基CO_(2)电还原催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭材料是一类高效的CO_(2)电还原催化剂。以热解聚合物制备的氮掺杂炭材料为载体,浸渍镍源,经红外灯光照2 h,利用光化学法制备了高分散的镍-氮-碳催化剂(Ni/NC)。采用扫描电镜(SEM)、物理吸附、粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的形貌、结构、物相和组成进行了分析,并评价了催化剂的CO_(2)电还原反应性能。电化学性能测试结果表明,在0.5 mol/L的KHCO_(3)电解液中,镍的负载量为2%(质量分数)时催化性能最好,CO分电流密度得到有效提升,塔菲尔斜率为492 mV/dec,起始过电位为286 mV;在-0.6 V(vs.RHE)下,CO的法拉第效率为78%,在-1.0~-0.5 V(vs.RHE)内,n(CO)/n(H_(2))=0.5~3.6。