[發明專利]一種電還原二氧化碳催化材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710655090.1
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN109382106B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉彬;楊鴻斌;黃延強;劉松;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/75;B01J23/755;C25B1/23;C25B11/091;C25B11/032;C25B11/052;B01J27/24;C01B32/40
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種電還原二氧化碳催化材料的制備方法，其特征在于：

1）將三聚氰胺、氨基酸和金屬鹽放于球磨罐中進行球磨，或將三聚氰胺、氨基酸、金屬鹽和導電碳材料放于球磨罐中進行球磨，得到均勻混合的催化材料前驅體；

2）將催化材料前驅體于惰性氣氛下800-1200℃高溫碳化，得到金屬原子鑲嵌碳催化材料，即電還原CO₂催化材料；

所述金屬鹽為鎳鹽，鈷鹽或鐵鹽；

所述催化材料前驅體中三聚氰胺：氨基酸質量比例為1:1-10:1；氨基酸：金屬鹽的質量比例為100:1-2：1；金屬鹽：導電碳材料的質量比例為：10：0-1：10；

所述高溫碳化獲得的電還原CO₂催化材料經過酸處理，洗滌，干燥，進行或不進行惰性氣氛高溫處理進一步優化其性能；

所述酸為質量濃度0.5M-5M,鹽酸（HCl）、質量濃度0.5M-5M硝酸（HNO₃）、質量濃度0.5M-5M硫酸（H₂SO₄）或質量濃度0.5M-5M高氯酸（HClO₄），處理溫度為40℃-120℃；處理時間1-48h。

2.按照權利要求1所述電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：步驟2）中催化材料前驅體于惰性氣氛下900℃高溫碳化，得到金屬原子鑲嵌碳催化材料，即電還原CO₂催化材料。

3.按照權利要求1所述電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：所述催化材料前驅體中三聚氰胺：氨基酸質量比例為6：1；氨基酸：金屬鹽的質量比例為10：1；金屬鹽：導電碳材料的質量比例為1：5。

4.按照權利要求1所述的電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：所述電還原CO₂催化材料的碳化時間為10min-10h；

所述氨基酸為半胱氨酸或甘氨酸或丙氨酸或苯丙氨酸或色氨酸中的一種或二種以上；

所述導電碳材料為乙炔黑、碳纖維、碳納米管、X72 碳粉，科琴黑中的一種或二種以上；導電碳材料作為載體改進催化位點的分散及催化劑導電性。

5.按照權利要求4所述的電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：所述電還原CO₂催化材料的碳化時間為1小時；

所述科琴黑選自KetjenblackEC300J、KetjenblackEC600JD、Carbon ECP、CarbonECP600JD中的一種或二種以上。

6.按照權利要求1所述的電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：惰性氣氛高溫處理溫度700-900℃，時間10-120min，氣氛為Ar氣或N₂氣中的一種或二種。

7.按照權利要求1所述的電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：酸處理溫度為80℃；處理時間24h。

8.根據權利要求1所述的一種電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：所述金屬鹽為金屬的硝酸鹽,硫酸鹽，乙酸鹽中的一種或二種以上；

所述惰性氣氛高溫碳化的反應器為管式爐；氣氛為Ar氣或N₂氣中的一種或二種。

9.根據權利要求1或4所述的一種電還原CO₂催化材料的制備方法，其特征在于：所述高溫碳化過程為，

催化材料前驅體于惰性氣氛中，以1-2.5℃/min的速度升溫到350-650℃,并保持0.5-4h,然后以1-5℃/min的速度,升溫到800-1200℃,并保持0.5-5h,最后自然冷卻，并取出得到電還原CO₂催化材料。