[發明專利]一種電催化二氧化碳還原材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110249300.3
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113046781B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 張翼;雷雨來;吳慧瓊;張玉媛;李強;陳陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/23;C25B3/26
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周孝湖

1.一種電催化二氧化碳還原材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將凝膠因子、鈷鹽與水混合，然后調節pH至中性或弱堿性，得到凝膠前驅體；

（2）將改性C₃N₄或改性多壁碳納米管加入到步驟（1）所得凝膠前驅體中，超聲攪拌混合均勻，得到混合溶液；

（3）將步驟（2）所得混合溶液進行水熱反應，然后將水熱反應后產物水洗干燥，將干燥產物煅燒，即得電催化二氧化碳還原材料；

所述多壁碳納米管為內徑5nm-10nm、外徑20nm-30nm、長度10μm-30μm的石墨化羧基化多壁碳納米管，或者為內徑5nm-10nm、外徑＞50nm、長度10μm-20μm的石墨化羧基化多壁碳納米管；

所述改性C₃N₄通過如下方法制備得到：將氫氧化鉀加入超純水中充分攪拌混勻，將尿素加入上述混勻的溶液中，攪拌均勻后加熱蒸發，然后將蒸發后產物在空氣氣氛中煅燒，水洗干燥，得到改性C₃N₄；

步驟（1）中，所述凝膠因子通過如下方法制備得到：將L-色氨酸或D-色氨酸和氫氧化鉀加入超純水中充分攪拌混勻，得溶液I；將4-吡啶甲醛加入甲醇中充分攪拌溶解后，緩慢加入溶液I，室溫下攪拌反應，得溶液II；將溶液II在冰水浴中冷卻，緩慢加入硼氫化鈉，攪拌反應，得溶液III；將冰乙酸加入溶液III中調節pH至4.0-5.0，攪拌反應，得溶液IV；將溶液IV過濾，用甲醇和水抽濾洗滌產物，干燥，得到凝膠因子。

2.根據權利要求1所述的電催化二氧化碳還原材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述凝膠前驅體中凝膠因子的質量百分比為60%-75%，鈷鹽的質量百分比為25%-33%。

3.根據權利要求1所述的電催化二氧化碳還原材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述鈷鹽為乙酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷和硝酸鈷中的一種或多種；調節pH至中性或弱堿性具體是指調節pH至7-8；步驟（2）中，超聲攪拌的時間為15min-30min。

4.根據權利要求1所述的電催化二氧化碳還原材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，水熱反應的溫度為150℃-180℃，水熱反應的時間為6h-12h。

5.根據權利要求1所述的電催化二氧化碳還原材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，煅燒的溫度為600℃-800℃，煅燒反應的時間為2.5h-3.5h，煅燒反應的載氣為氬氣或氫氬混合氣，煅燒反應的升溫速率為5℃/min-10℃/min。

6.如權利要求1-5中任意一項所述的制備方法制備得到的電催化二氧化碳還原材料。

7.如權利要求1-5中任意一項所述的制備方法制備得到的電催化二氧化碳還原材料的應用，其特征在于，將電催化二氧化碳還原材料墨水涂覆在碳布上，干燥后作為工作電極，與飽和氯化銀參比電極、鉑片一起組成三電極體系，在電解池中進行電催化二氧化碳還原反應。