[发明专利]电化学还原二氧化碳为一氧化碳的中空结构催化剂及其催化剂的制备方法

说明书

电化学还原二氧化碳为一氧化碳的中空结构催化剂及其制备方法。本发明属于二氧化碳资源化技术领域；在惰性氮气1000℃下碳化Cu(OH)₂@ZIF‑8复合材料，制得了中空结构的C‑Cu(OH)₂@ZIF‑1000碳材料；通过调控材料的形貌来提高材料的CO₂催化还原性能；ZIF‑8的加入不仅提供了碳源和氮源，同时经过高温碳化后形成不同种类的氮，从而起到很好的催化还原作用；铜盐的加入形成了金属‑氮共掺杂结构，通过两者之间的协同作用，进一步提高了材料的CO₂催化还原能力；该方法简便、快捷、易操作、环境友好、可大规模应用于工业生产。

技术领域

本发明涉及从二氧化碳到一氧化碳的电化学还原及其制备方法，特别涉及一种以非贵金属铜基纳米材料电化学还原二氧化碳为一氧化碳催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，随着社会的持续发展，化石能源的燃烧与利用仍占据能源消耗的主导地位，由此带来的CO₂过渡排放所引发的一系列环境问题严重影响人类社会的生存与发展。为了解决上述问题，人们利用可再生能源所产生的电能等将大气中过多的二氧化碳经电化学还原，转化成其他有用的物质，实现CO₂资源化绿色转化。二氧化碳是一种稳定的化合物，通过电化学方法实现CO₂的转化是一种有效的途径，但其转化效果在较大程度上取决于CO₂电还原催化剂的形貌，性能及其制备方法。

目前研究较多的电还原CO₂催化剂有Cu，Au，Ag，Pb，Pd等。不同的催化剂上还原产物、转化率、电流效率是不同的。其中，对CO产物选择性比较高催化剂主要为Au，Ag，Pd等贵金属催化剂。但是这些催化剂稳定性差、活性低、资源匮乏、价格昂贵，因此影响了其在电化学还原CO₂中的广泛应用。

今年来，非贵金属铜氮共掺杂纳米碳材料催化剂引起了人们的广泛关注。铜氮共掺杂纳米碳材料催化剂已被证明具有很高的氧还原催化活性。但是这种材料在二氧化碳电化学还原为一氧化碳方面的应用研究却相对较少。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电化学还原二氧化碳为一氧化碳催化剂及其制备方法，既利用铜氮共掺杂纳米碳材料催化剂表面铜基具有较高的催化还原活性，极大的降低了电化学还原过程中的过点位，增大还原电流密度，同时有效的抑制二氧化碳还原过程中伴随的析氢放映。

本发明的技术方案是：一种电化学还原二氧化碳为一氧化碳的催化剂，所述的催化剂为一种铜氮共掺杂纳米碳材料。

所述铜氮共掺杂纳米碳材料由常温混合搅拌合成得到，其中合成原料包括ZIF-8、CuCl₂.2H₂O、KOH的混合甲醇溶液，其合成原料的质量比为：150-300mg：10-20mg：10-20mg。

一种电化学还原二氧化碳为一氧化碳的催化剂的制备方法，其操作步骤包括：

将150-300mg的ZIF-8超声分散在40mL的甲醇溶液中得到ZIF-8甲醇溶液，再将10-20mgCuCl₂.2H₂O溶解于10mL的甲醇溶液中后得到CuCl₂.2H₂O甲醇溶液，将CuCl₂.2H₂O甲醇溶液缓慢加入到ZIF-8甲醇溶液中，将两者在常温下混合搅拌12h，得到CuCl₂@ZIF-8甲醇溶液；

将得到的CuCl₂@ZIF-8甲醇溶液离心洗涤一次并真空干燥，即可得到催化剂前驱体CuCl₂@ZIF-8复合材料；将CuCl₂@ZIF-8复合材料继续超声分散在40mL的甲醇溶液中得到CuCl₂@ZIF-8复合材料甲醇溶液；