[发明专利]一种用于电催化CO2

说明书

本发明公开了一种用于电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂及其制备方法和应用，所述Cu、N掺杂的碳基催化剂主要包含Cu、N、C三种元素。所述用于电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂的制备包括如下步骤：将Cu‑ZIF‑8煅烧制得Cu、N掺杂的碳基催化剂。本发明采用Cu‑ZIF‑8为前驱体，利用Zn原子的高温挥发，高温煅烧，制备Cu、N掺杂的碳基催化剂。本发明首次将Cu、N掺杂的碳基催化剂应用于电催化CO₂还原，为电催化CO₂还原催化剂的制备提供了一种新思路。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域。更具体地，涉及一种用于电催化CO₂还原的 Cu、N掺杂的碳基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是一种重要的温室气体，其浓度在地球大气中日益增长引发了很多环境问题，例如全球气候变暖，海洋酸化，极地融化，海平面上升，以及物种灭绝。因此，探索有效的降低大气中CO₂浓度的技术已成为研究者们的重点关注问题。

电催化CO₂是利用电化学手段将CO₂还原成高附加值化学品和燃料的技术，该技术可在常温常压下进行，所需的电能直接或间接地由太阳能、风能等可再生能源提供，真正实现碳元素的循环使用。与形成烃类物质的形成相比，将CO₂电催化还原成CO仅转移了两个质子和两个电子，更容易实现工艺化。在该过程中，CO的产生往往伴随着H₂的析出反应，两者组成合成气。合成气是通过费-托工艺制造烃燃料或通过催化过程制造甲烷、甲醇和二甲醚的重要原料，其常规合成策略通常在苛刻的条件下操作，例如在高温下天然气的蒸汽重整和煤的气化。在水溶液中由CO₂还原形成合成气在常温常压下即能进行，这种方法经济、环保，更具有发展前景。

近年来，人们发展了许多催化CO₂催化剂，包括以Ag、Cu、Au、Sn及其复合物、氧化物为主的金属基催化剂，以N掺杂的碳基催化剂为主的非金属催化剂，以分子催化剂为主的均相催化剂。金属、N共掺杂的碳基催化剂因具有资源丰富、导电性好、比表面积大、环境友好等优点而被广泛关注。Cu作为一种价格相对低廉且具有较好电催化性能的金属，用于与N共掺杂于碳基催化剂中具有可操作性和研究意义。然而在以往的报道中，Cu一般是单独存在或与其他金属组成合金，很少掺杂于碳材料中作为催化剂电催化还原CO₂。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的第一个目的在于提供一种用于电催化 CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂。

本发明的第二个目的在于提供一种用于电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种用于电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂的应用。

本发明的第四个目的在于提供一种电催化CO₂还原为合成气的方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂，所述Cu、N掺杂的碳基催化剂包含杂元素；所述杂元素包括Cu元素和N元素。

本发明将Cu、N两种元素掺杂于碳基催化剂中，利用Cu、N对CO₂的活化，得到一种高效的电催化CO₂还原的Cu、N掺杂的碳基催化剂。

根据本发明，所述Cu、N掺杂的碳基催化剂在透射电镜中未观察到Cu颗粒的存在。所述未观察到铜颗粒的含义是，利用目前的科学仪器无法观察到此催化剂中可见的铜颗粒。