[发明专利]一种单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂，其特征在于，铁以单原子铁-氮配位形式包裹于含微孔和/或介孔结构的金属有机框架ZIF-8的孔洞中；所述催化剂中包括孔径低于3nm的微孔、3～5nm和29～32nm的介孔。

2.根据权利要求1所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂，其特征在于，所述催化剂的BET比表面积为500～1100m² g^-1，孔容为0.36～0.97cm³ g^-1。

3.根据权利要求1或2所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向2-甲基咪唑的甲醇溶液中加入酞菁铁，溶解后得到混合溶液；

(2)向混合溶液中加入硝酸锌的甲醇溶液，混合后经离心分离、洗涤干燥得到ZIF-8封装的酞菁铁复合材料；

(3)将步骤(2)的ZIF-8/酞菁铁复合材料氮气氛围下煅烧和酸洗，得到所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂。

4.根据权利要求3所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中2-甲基咪唑与步骤(2)中硝酸锌的摩尔比为7.5～8.5:1。

5.根据权利要求3所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，所述2-甲基咪唑的甲醇溶液中，2-甲基咪唑的摩尔浓度为0.75～0.85mol/L；所述硝酸锌的甲醇溶液中，硝酸锌的摩尔浓度为0.09～0.11mol/L。

6.根据权利要求3所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入酞菁铁后的混合溶液中酞菁铁的质量浓度为0.2～1.2g/L。

7.根据权利要求3所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为20～30h。

8.根据权利要求3所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，煅烧温度为700～1050℃，升温速率为2～10℃min^-1，煅烧时间为2～4h；酸洗采用0.5～1.0M的硫酸，酸洗时间为10～30h。

9.根据权利要求1或2所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂在电催化CO₂还原制备CO的应用。

10.根据权利要求1或2所述的单原子铁-氮共掺杂碳电催化剂在生物电化学系统中电催化CO₂还原制备CO的应用。