[发明专利]一种电还原二氧化碳催化材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种电还原二氧化碳催化材料的制备方法，其特征在于：

1)将三聚氰胺和氨基酸均匀混合成催化材料前驱体；

2)将催化材料前驱体于800—1200℃惰性气氛下高温碳化，得到掺杂石墨烯材料，即电还原CO₂催化材料。

2.按照权利要求1所述电还原二氧化碳催化材料的制备方法，其特征在于：所述催化材料前驱体中三聚氰胺：氨基酸质量比例为1:1-8:1；所述氨基酸为半胱氨酸、甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸或色氨酸中的一种或二种以上。

3.按照权利要求1所述的电还原二氧化碳催化材料的制备方法，其特征在于：所述电还原CO₂催化材料的碳化时间为10min-10h；

所述惰性气氛高温碳化的反应器为管式炉；气氛为Ar气、He气或N₂气中的一种或二种以上。

4.按照权利要求1所述的电还原二氧化碳催化材料的制备方法，其特征在于：所述高温碳化过程为，催化材料前驱体于惰性气氛中，以1-3℃/min的速度从室温升温到150-450℃,并保持0.5-4h，然后以1-5℃/min的速度升温到450℃-650℃,并保持0.5-4h，最后以1-5℃/min的速度升温到800-1200℃,并保持0.5-5h，结束高温碳化，自然冷却至室温，取出得到电还原CO₂催化材料。

5.按照权利要求1～4任一所述的电还原二氧化碳催化材料的制备方法，其特征在于：将三聚氰胺和氨基酸放于球磨罐中进行球磨，得到均匀混合的催化材料前驱体，然后放于氧化锆舟内进行高温碳化反应得到掺杂石墨烯材料，即为电还原CO₂催化材料。

6.一种权利要求1～5任一所述制备方法制备获得的电还原二氧化碳催化材料。

7.一种权利要求6所述电还原二氧化碳催化材料的应用，其特征在于：所述催化材料可用于电还原CO₂的催化反应中。

8.按照权利要求7所述的应用，其特征在于：应用于电还原CO₂催化反应的负载有CO₂电还原催化材料的气体扩散电极，其中，气体扩散电极上负载有CO₂电还原催化材料，负载的CO₂电还原催化材料的重量为0.1～10mg/cm²；其中气体扩散电极为碳纸、碳毡、碳布或碳纤维。

9.按照权利要求8所述的应用，其特征在于：所述CO₂电还原催化材料的气体扩散电极的制备方法为：将掺杂石墨烯分散到异丙醇和水的混合溶液中，加入1wt％～10wt％的全氟磺酸树脂Nafion溶液并搅拌，得到混合溶液，然后将所得混合溶液涂到气体扩散电极上，烘干；

所述异丙醇和水的混合溶液中的异丙醇：水体积比为1:5-5:1；

所述碳材料与异丙醇和水的混合溶液的比为1mg～20mg:1mL；

所述1wt％～10wt％的全氟磺酸树脂Nafion溶液与异丙醇和水的混合溶液的体积比为1:100-1:10。

10.按照权利要求9所述的应用，其特征在于：所述烘干为真空60-120℃烘干。