[發明專利]一種銅單原子材料及其制備方法和在光催化CO2

有效

• 申請號: 202111300704.7
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN113856730B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 張龍帥;巫飛堯;鄒建平;劉海燕;李志鵬;鐘子嬡;聶吳靚潔;俞詩敏;王瓊悅
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C07C1/02;C07C29/159;C07C11/04;C07C29/32;C07C31/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發明提供了一種銅單原子材料及其制備方法和在光催化COsubgt;2/subgt;還原中的應用，屬于單原子光催化COsubgt;2/subgt;還原技術領域。本發明以碳摻雜的石墨相氮化碳(CN)為載體，使單原子催化劑能夠吸收太陽光產生光生電子和空穴用于發生氧化還原反應，此外，石墨相氮化碳中具有豐富且位點均一的氮原子，使銅單原子負載量高且周圍環境均一，本發明銅單原子材料中銅單原子的質量分數達到16～35％，Cu的負載量高，Cu與Cu之間的距離近，能夠實現C?C偶聯，進而使本發明提供的銅單原子材料在光催化過程中能夠高效還原COsubgt;2/subgt;產生Csubgt;2+/subgt;產物；同時，銅原子高度均一的配位結構使其具有優異的Csubgt;2+/subgt;產物選擇性。

技術領域

本發明涉及單原子光催化CO₂還原技術領域，尤其涉及一種銅單原子材料及其制備方法和在光催化CO₂還原中的應用。

背景技術

社會的不斷發展對燃料的使用日益增加，引起CO₂的大量排放，導致“溫室效應”不斷加劇。為了解決CO₂在大氣中不斷積累的問題，需要發展高效CO₂還原技術。太陽能作為能量來源，不但沒有CO₂排放，而且綠色可持續，利用太陽能還原CO₂具有重要意義。開發高效光催化CO₂還原催化劑是其中的關鍵。銅基催化劑是一種常見的CO₂還原與轉化材料，具有催化效率高、價廉等優點，常用于制備CO、CH₄、甲醇、乙醇、乙烯等。然而，銅基CO₂還原催化劑具有選擇性差的問題，導致產物復雜，降低了其附加值。單原子催化劑因其達到原子級分散，具有類似均相催化劑的高選擇性。然而，現有的銅單原子催化劑無法實現碳-碳耦合，從而只能制備單碳產物，如CO、CH₄、甲醇等，無法制備碳原子數≥2(C₂₊)的產物，這使得產物的附加值較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種銅單原子材料及其制備方法和在光催化CO₂還原中的應用，本發明提供的銅單原子材料作為催化劑在光催化CO₂還原時能夠高選擇性生成C₂₊產物。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種銅單原子材料，包括載體和負載于所述載體上的銅單原子；所述載體為碳摻雜石墨相氮化碳；所述銅單原子材料中銅單原子的質量含量為16～35％。

優選的，所述銅單原子材料中銅單原子的質量含量為18～35％。

本發明提供了上述方案所述銅單原子材料的制備方法，包括以下步驟：

將有機酸和銅鹽溶解到水中，發生絡合反應，得到銅-有機絡合物溶液；

將所述銅-有機絡合物溶液、三聚氰酸溶液和三聚氰胺溶液混合，進行自組裝，固液分離后，得到前驅體；

將所述前驅體進行熱解，得到銅單原子材料；

所述有機酸、銅鹽中銅離子、三聚氰酸和三聚氰胺的摩爾比為(0.1～0.5):(0.1～0.4):(0.5～1.0)：1。

優選的，所述有機酸包括乙二胺四乙酸和/或檸檬酸。

優選的，所述銅鹽包括氯化銅、硝酸銅和乙酸銅中的一種或多種。

優選的，所述熱解的溫度為500～700℃，時間為1～5h。

優選的，所述熱解在保護氣氛下進行。

優選的，所述自組裝的時間為1～12h。