[發明專利]一種用于電催化CO2還原的碳基催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810244847.2
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108435155A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 張鐵銳;王偉;尚露
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中國科學院大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;C25B3/04;C25B11/06
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑及其制備方法和應用，所述碳基催化劑不包含雜原子，包含本征碳缺陷。所述用于電催化CO₂還原的碳基催化劑的制備包括如下步驟：將MOF?5晶體煅燒制得碳基催化劑。本發明采用MOF?5為前驅體，利用Zn原子的高溫揮發，高溫煅燒，制備富含本征碳缺陷的碳基催化劑，且通過控制煅燒溫度和時間可調控缺陷濃度。本發明首次將富含本征碳缺陷的碳基催化劑應用于電催化CO₂還原，為電催化CO₂還原催化劑的制備提供了一種新思路。

技術領域

本發明涉及電催化技術領域。更具體地，涉及一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

作為最主要的溫室氣體，大氣中CO₂濃度的持續增長會導致一系列的環境問題，如全球變暖、海水酸化、冰川融化、海平面上升等，將大氣中CO₂濃度控制在一個合適的范圍內已經是一件迫在眉睫的事情。

電催化CO₂利用太陽能、風能、潮汐能等產生的電能作為驅動力，在常溫常壓下，可將CO₂轉化為成高附加值的化學品和燃料，有效解決CO₂增長問題的同時，也緩解了能源危機。然而CO₂分子十分穩定，將其轉化成目標產物是非常困難的，尋找性能優異、穩定性好、價格低廉、環境友好的催化劑仍是該技術最具挑戰的部分。

近年來，人們發展了許多催化CO₂催化劑，包括以Ag、Cu、Au、Sn及其復合物、氧化物為主的金屬基催化劑，以碳基催化劑為主的非金屬催化劑，以分子催化劑為主的均相催化劑。非金屬碳基催化劑因具有資源豐富、導電性好、比表面積大、環境友好等優點而被廣泛關注，發展廉價高效的電催化CO₂還原碳基催化劑是非常必要和有意義的。然而以往的報道中，原始的碳材料因不易活化CO₂，往往需要摻雜N、B等雜原子才能具有較好的電催化活性，N、B雜原子作為催化活性位點存在于催化劑中。

本發明公開了一種無需N、B等雜原子摻雜的電催化CO₂還原碳基催化劑及其制備方法和應用。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑。

本發明的第二個目的在于提供一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑的應用。

為達到上述第一個目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于電催化CO₂還原的碳基催化劑，所述碳基催化劑不包含雜原子，包含本征碳缺陷；所述雜原子包括氮原子和硼原子。本發明另辟蹊徑，引入本征碳缺陷，利用本征碳缺陷對CO₂的活化，得到一種新型、高效的電催化CO₂的碳基催化劑。

優選地，所述碳基催化劑經拉曼光譜測得I_D/I_G為0.8～1，其中，I_D代表無序或缺陷石墨結構的峰強，I_G代表有序的石墨結構的峰強，其中一般用I_D/I_G表示碳材料的無序度。

優選地，所述碳基催化劑由MOF-5晶體經煅燒制得，高溫煅燒是一個炭化過程，同時使金屬揮發，得到含缺陷的碳材料。

優選地，所述煅燒溫度為1000～1100℃，所述煅燒時間為2～4h。