[發(fā)明專利]電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳的中空結(jié)構(gòu)催化劑及其催化劑的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910484911.9
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN110586150A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諸海濱;陳香蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J35/02;C25B1/00;C25B11/06;C25B11/12
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 曹坤

電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳的中空結(jié)構(gòu)催化劑及其制備方法。本發(fā)明屬于二氧化碳資源化技術(shù)領(lǐng)域；在惰性氮?dú)?000℃下碳化Cu(OH)₂@ZIF?8復(fù)合材料，制得了中空結(jié)構(gòu)的C?Cu(OH)₂@ZIF?1000碳材料；通過調(diào)控材料的形貌來提高材料的CO₂催化還原性能；ZIF?8的加入不僅提供了碳源和氮源，同時(shí)經(jīng)過高溫碳化后形成不同種類的氮，從而起到很好的催化還原作用；銅鹽的加入形成了金屬?氮共摻雜結(jié)構(gòu)，通過兩者之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高了材料的CO₂催化還原能力；該方法簡便、快捷、易操作、環(huán)境友好、可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及從二氧化碳到一氧化碳的電化學(xué)還原及其制備方法，特別涉及一種以非貴金屬銅基納米材料電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，化石能源的燃燒與利用仍占據(jù)能源消耗的主導(dǎo)地位，由此帶來的CO₂過渡排放所引發(fā)的一系列環(huán)境問題嚴(yán)重影響人類社會(huì)的生存與發(fā)展。為了解決上述問題，人們利用可再生能源所產(chǎn)生的電能等將大氣中過多的二氧化碳經(jīng)電化學(xué)還原，轉(zhuǎn)化成其他有用的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)CO₂資源化綠色轉(zhuǎn)化。二氧化碳是一種穩(wěn)定的化合物，通過電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)CO₂的轉(zhuǎn)化是一種有效的途徑，但其轉(zhuǎn)化效果在較大程度上取決于CO₂電還原催化劑的形貌，性能及其制備方法。

目前研究較多的電還原CO₂催化劑有Cu，Au，Ag，Pb，Pd等。不同的催化劑上還原產(chǎn)物、轉(zhuǎn)化率、電流效率是不同的。其中，對CO產(chǎn)物選擇性比較高催化劑主要為Au，Ag，Pd等貴金屬催化劑。但是這些催化劑穩(wěn)定性差、活性低、資源匱乏、價(jià)格昂貴，因此影響了其在電化學(xué)還原CO₂中的廣泛應(yīng)用。

今年來，非貴金屬銅氮共摻雜納米碳材料催化劑引起了人們的廣泛關(guān)注。銅氮共摻雜納米碳材料催化劑已被證明具有很高的氧還原催化活性。但是這種材料在二氧化碳電化學(xué)還原為一氧化碳方面的應(yīng)用研究卻相對較少。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳催化劑及其制備方法，既利用銅氮共摻雜納米碳材料催化劑表面銅基具有較高的催化還原活性，極大的降低了電化學(xué)還原過程中的過點(diǎn)位，增大還原電流密度，同時(shí)有效的抑制二氧化碳還原過程中伴隨的析氫放映。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳的催化劑，所述的催化劑為一種銅氮共摻雜納米碳材料。

所述銅氮共摻雜納米碳材料由常溫混合攪拌合成得到，其中合成原料包括ZIF-8、CuCl₂.2H₂O、KOH的混合甲醇溶液，其合成原料的質(zhì)量比為：150-300mg：10-20mg：10-20mg。

一種電化學(xué)還原二氧化碳為一氧化碳的催化劑的制備方法，其操作步驟包括：

將150-300mg的ZIF-8超聲分散在40mL的甲醇溶液中得到ZIF-8甲醇溶液，再將10-20mgCuCl₂.2H₂O溶解于10mL的甲醇溶液中后得到CuCl₂.2H₂O甲醇溶液，將CuCl₂.2H₂O甲醇溶液緩慢加入到ZIF-8甲醇溶液中，將兩者在常溫下混合攪拌12h，得到CuCl₂@ZIF-8甲醇溶液；

將得到的CuCl₂@ZIF-8甲醇溶液離心洗滌一次并真空干燥，即可得到催化劑前驅(qū)體CuCl₂@ZIF-8復(fù)合材料；將CuCl₂@ZIF-8復(fù)合材料繼續(xù)超聲分散在40mL的甲醇溶液中得到CuCl₂@ZIF-8復(fù)合材料甲醇溶液；