一种蒽醌修饰的碳纳米管用于CO2电还原制CO的方法

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种含有蒽醌修饰的碳纳米管材料作为电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的过度使用使得大气中CO

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种蒽醌修饰的碳纳米管用于CO

为达到上述目的，本发明提供了一种蒽醌修饰的碳纳米管用于CO

优选的，其导电基底为多壁碳纳米管。

优选的，蒽醌分子为常见的蒽醌分子，包括1-氨基蒽醌、1-氨基，4-羟基蒽醌、1-羟基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌、以及2-氨基，3-羟基蒽醌。

优选的，所述含有蒽醌修饰的碳纳米管中蒽醌分子含量为0-20wt％；优选的，其中蒽醌的比例含量约为15wt％，电催化剂中N含量约1at％。

本发明提供了上述含有蒽醌修饰的碳纳米管电催化剂的制备方法，是在有机溶剂中首先将多壁碳纳米管分散，然后吸附蒽醌分子，离心干燥后获得电催化剂。将所获得的蒽醌修饰的碳纳米管材料制备成为电极，作为电催化CO

具体包括以下步骤：

(1)将多壁碳纳米管加入有机溶剂中，使用超声机将碳纳米管超声分散，超声应持续至少半小时，以利于充分分散；

(2)将蒽醌分子加入(1)所得溶剂中，加热并使用磁力搅拌，充分反应后，离心，并用有机溶剂洗涤一次后，放入干燥箱中干燥，之后得到蒽醌修饰的碳纳米管电催化剂。

(3)在电解液中通入CO

在本发明的一些实施例中，上述方法步骤(1)中，所述的多壁碳纳米管，是中空结构，外径约30nm，内径约10nm，长度约1μm。

上述方法步骤(1)中，所述有机溶剂为DMF。

上述方法步骤(1)中，具体的实施过程为：将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

上述方法步骤(2)中，所述所述碳纳米管、有机溶剂、蒽醌的比例为(40mg-50mg)：(40mL-50mL)：(10mg-20mg)。

上述方法步骤(2)中，所述的蒽醌修饰的碳纳米管依据所使用的蒽醌分子的种类，可分为1-氨基蒽醌/碳纳米管、1-氨基，4-羟基蒽醌/碳纳米管、1-羟基蒽醌/碳纳米管、2-氨基蒽醌/碳纳米管、2-羟基蒽醌/碳纳米管、以及2-氨基，3-羟基蒽醌/碳纳米管；为方便后续描述而分别命名为1-N-AQ/CNT、1-N,4-O-AQ/CNT、1-O-AQ/CNT、2-N-AQ/CNT、2-O-AQ/CNT、2-N,3O-AQ/CNT。此外所述碳纳米管材料直接用作电催化剂时命名为CNT。

上述方法步骤(2)中，所述的蒽醌分子为1-氨基，4-羟基蒽醌。

本发明优选的，上述方法步骤(1)中充分分散的标志为：停止超声后，静置溶剂10min后，不出现碳纳米管沉淀所导致的分层。

上述方法步骤(2)中，具体的实施过程为：将20mg的蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥后，获得该电催化剂。

本发明对上述分离沉淀的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的分离沉淀的方法，本发明优选为离心分离沉淀。

上述方法步骤(3)中，提供的蒽醌修饰的碳纳米管材料可以作为电化学CO

上述方法步骤(3)中，所述的电催化剂为上述含有蒽醌修饰的碳纳米管材料，或上述制备方法制备的含有蒽醌修饰的碳纳米管材料。

上述方法步骤(3)中，采用三电极体系收集在电解液中发生CO

上述方法步骤(3)中，所述的电解液优选为浓度0.5M的KHCO

本发明的有益效果是：以导电性良好的碳纳米管作为基底，修饰上高活性但导电性差的蒽醌分子，所得催化剂作为复合物同时具有高导电性以及高活性，是一种性能优异、价格低廉且制备简单的用于CO

附图说明

图1为本发明实施例中制备的蒽醌修饰的碳纳米管材料的X射线衍射谱图；

图2为本申请实施例中制备的蒽醌修饰的碳纳米管材料的傅里叶变换红外光谱图；

图3为本申请实施例2制备的蒽醌修饰的碳纳米管的热重图；

图4为本申请实施例2制备的蒽醌修饰的碳纳米管的X射线光电子能谱图；

图5是实施例中电化学CO

图6是实施例2与实施例7的电化学CO

图7是实施例2与实施例7的电化学CO

具体实施方式

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的蒽醌修饰的碳纳米管材料电催化剂及其制备方法和应用进行详细描述。

实施例1：1-氨基蒽醌/碳纳米管(1-N-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的1-氨基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例2：1-氨基，4-羟基蒽醌/碳纳米管(1-N,4-O-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的1-氨基，4-羟基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例3：1-羟基蒽醌/碳纳米管(1-O-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的1-羟基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例4：2-氨基，3-羟基蒽醌/碳纳米管(2-N,3-O-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的2-氨基，3-羟基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例5：2-氨基蒽醌/碳纳米管(2-N-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的2-氨基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例6：2-羟基蒽醌/碳纳米管(2-O-AQ/CNT)：

(1)将50mg多壁碳纳米管分散在50mL的DMF中，在300W的超声机中超声30分钟。

(2)将20mg的2-羟基蒽醌粉末直接加入DMF溶剂中，在900rpm的磁力搅拌下在油浴中加热到90℃，并持续24h。自然冷却后，离心分离沉淀。用50mL的DMF分散后，再次在8000rpm转速下离心分离沉淀获得洗涤物。将洗涤物在70℃的鼓风干燥箱中干燥12h后，获得该电催化剂。

实施例7：碳纳米管(CNT)：

将碳纳米管直接作为电催化剂进行使用。

图1是实施例1至7的X射线衍射谱图谱(XRD)。可以看出蒽醌修饰前后的碳纳米管的XRD谱图没有变化，说明蒽醌的分布比较均匀，而不是碳纳米管和蒽醌的混合物。

图2是实施例1至7的傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)。所得材料含有羟基、羰基、氨基等基团。

图3是实施例2的热重曲线(TG)。

图4是实施例2的X射线光电子能谱图(XPS)。

图5是实施例1至7的CO法拉第效率图。可以看出实施例2的性能最好，最高FE

图6是实施例2的LSV曲线，以及实施例7作为对比的LSV曲线。

图7是实施例2的FE曲线，以及实施例7作为对比的FE曲线。实施例2的产物主要是CO，而实施例7的产物几乎都是H

实施例8电催化CO

使用三电极体系对电催化剂在电解液中进行电化学CO

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。