本技术介绍了一种高效制备含铜碳氮氧硫化合物针状晶体的方法。该方法采用“单质铜预处理-非金属原料液配制-晶体合成”工艺,在常温常压条件下,成功制备出含铜的碳氮氧硫化合物针状晶体。
背景技术
Fe、Cu、Ni、Pt等过渡金属具有特殊的d轨道分布,可作为催化反应的活性中心,并在相关催化反应中表现出了优异的C-H离域能力。其中Cu基催化剂具有成本低廉、催化活性较高等优势,目前已被应用于碳基小分子加氢、合成氨、有机物催化降解等反应。
为进一步提高催化剂活性,催化剂可通过掺杂金属或非金属元素来改变配位环境或增加活性中心。当催化剂向单一金属位点M-Cx结构引入第二种金属组分后,一方面异核原子可形成不同的活性中心,从而增加催化剂的活性位点,提高催化性能;另一方面,相邻的金属原子之间具有相互作用,这种相互作用可以调节催化活性位点的电子结构,从而有效提高催化性能。此外,非金属杂原子掺杂也是提高催化剂活性的有效手段,加入与C、N原子电负性和原子尺寸有所差异的非金属元素,可通过调整M-Cx结构的周围非金属配位元素可以改变其电子结构,使电荷重新分布,从而提高催化活性。常用于掺杂的非金属元素有B、S、P、Cl等。其中,S原子掺杂的催化剂因其优异的表现被广泛应用到ORR、HER和CO2
RR等反应中。现有的硫掺杂催化剂制备方法主要有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、微波加热法和水热法等方法。Zhou等通过CVD和水热法在三位石墨烯/镍泡沫上合成了N、S掺杂的NiSe2
/3DSNG/NF催化剂,其在碱性电解液中表现出优异的HER和OER活性。Luo等通过水热和高温硒化的方法制备了双金属硫掺杂镍钴硒化物催化剂(NiCo-Se0.2
/CF),在水分解过程中表现出优异的OER和HER催化性能,且在碱性电解液条件下具有显著的耐久性。Wang等使用电还原方式,通过CuSO4
·3H2
O和CuS交错的前驱体合成了高硫掺杂的Cu2
O催化剂,其在CO2
RR中具有高达92%的甲酸盐选择性,在流动池的测试中可以在较高的甲酸盐法拉第效率下(>80%)最高达到321 mA cm-2
的分电流密度,优于绝大多数不含后过渡金属的铜基催化剂。因此,可以考虑将S原子掺杂到Cu基催化剂中以改善活性位点电子分布,提高催化剂性能。
目前铜基活性位点催化剂制备方法主要有化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)、湿化学法(浸渍-吸附法和共沉淀法)、高温热解法和电化学等方法。这几种方法在制备过程中普遍需要高温工艺或昂贵的仪器设备,进一步增加了催化剂制备成本,从而为催化剂的应用推广造成一定障碍。因此,为解决铜基催化剂制备能耗高的难题,开发常温常压下高催化性能的铜基催化剂制备方法十分必要。
实现思路