[發(fā)明專利]一種電還原二氧化碳催化材料及其制備和應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811443486.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN111229195A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 黃延強;劉松;樊斯斯
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J27/24;C25B1/00;C25B11/06;C25B11/12
• 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)將三聚氰胺和氨基酸均勻混合成催化材料前驅體；

2)將催化材料前驅體于800—1200℃惰性氣氛下高溫碳化，得到摻雜石墨烯材料，即電還原CO₂催化材料。

2.按照權利要求1所述電還原二氧化碳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1:1-8:1；所述氨基酸為半胱氨酸、甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸或色氨酸中的一種或二種以上。

3.按照權利要求1所述的電還原二氧化碳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；

所述惰性氣氛高溫碳化的反應器為管式爐；氣氛為Ar氣、He氣或N₂氣中的一種或二種以上。

4.按照權利要求1所述的電還原二氧化碳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1-3℃/min的速度從室溫升溫到150-450℃,并保持0.5-4h，然后以1-5℃/min的速度升溫到450℃-650℃,并保持0.5-4h，最后以1-5℃/min的速度升溫到800-1200℃,并保持0.5-5h，結束高溫碳化，自然冷卻至室溫，取出得到電還原CO₂催化材料。

5.按照權利要求1～4任一所述的電還原二氧化碳催化材料的制備方法，其特征在于：將三聚氰胺和氨基酸放于球磨罐中進行球磨，得到均勻混合的催化材料前驅體，然后放于氧化鋯舟內進行高溫碳化反應得到摻雜石墨烯材料，即為電還原CO₂催化材料。

6.一種權利要求1～5任一所述制備方法制備獲得的電還原二氧化碳催化材料。

7.一種權利要求6所述電還原二氧化碳催化材料的應用，其特征在于：所述催化材料可用于電還原CO₂的催化反應中。

8.按照權利要求7所述的應用，其特征在于：應用于電還原CO₂催化反應的負載有CO₂電還原催化材料的氣體擴散電極，其中，氣體擴散電極上負載有CO₂電還原催化材料，負載的CO₂電還原催化材料的重量為0.1～10mg/cm²；其中氣體擴散電極為碳紙、碳氈、碳布或碳纖維。

9.按照權利要求8所述的應用，其特征在于：所述CO₂電還原催化材料的氣體擴散電極的制備方法為：將摻雜石墨烯分散到異丙醇和水的混合溶液中，加入1wt％～10wt％的全氟磺酸樹脂Nafion溶液并攪拌，得到混合溶液，然后將所得混合溶液涂到氣體擴散電極上，烘干；

所述異丙醇和水的混合溶液中的異丙醇：水體積比為1:5-5:1；

所述碳材料與異丙醇和水的混合溶液的比為1mg～20mg:1mL；

所述1wt％～10wt％的全氟磺酸樹脂Nafion溶液與異丙醇和水的混合溶液的體積比為1:100-1:10。

10.按照權利要求9所述的應用，其特征在于：所述烘干為真空60-120℃烘干。