[发明专利]一种硫修饰Cu基MOF材料、制备方法及其在电催化CO2

说明书

本发明涉及一种硫修饰Cu基MOF材料、制备方法及其在电催化CO2还原反应的应用。该材料为硫与Cu基MOF组成，其中Cu基MOF材料为HKUST‑1，所述Cu基MOF材料为正八面体结构，尺寸为10～100微米。该材料通过制备Cu基MOF前驱体、制备含硫前驱体溶液、采用湿化学反应的方法，将硫元素掺杂到Cu基MOF材料制得。应用于电催化CO₂还原反应体系，与现有Cu基材料相比，本发明仅仅需要微量硫修饰Cu基MOF材料便显著提升电催化CO₂还原反应生成乙烯的选择性。且该方法合成简便，成本低廉，反应周期短，可重复性高，在清洁能源领域有着非常重要的用途。

技术领域

本发明涉及能源催化领域，具体涉及硫修饰Cu基MOF的制备方法及其电催化CO₂还原应用，在其他能源开发和环境保护领域也具备潜在的应用价值。

背景技术

随着化石燃料的大量消耗导致过量排放二氧化碳，从而引起了严重的环境污染和气候问题。因此，迫切需要有效地转化二氧化碳以减轻其在大气中的含量。电催化二氧化碳还原反应(CO₂RR)能将CO₂转化为有价值的碳基燃料和化学原料，例如CO、CH₄、C₂H₄、HCOOH、C₂H₅OH、CH₃COOH和C₃H₇OH等，从而被认为是很有效的CO₂减排手段和利用策略，受到了研究者们的广泛关注。电催化剂能够降低反应的过电位以及提升产物法拉第效率，从而使得电催化CO₂还原技术更加可行。目前，贵金属基电催化剂虽展示出优异的选择性，但由于储量稀缺且价格昂贵使其大规模应用受到了一定的限制，因此开发一种对CO₂RR 具有高活性、高选择性且价格低廉的催化剂具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的缺陷而提供一种增强电催化CO₂还原反应的硫修饰Cu基MOF材料，该材料利用微量硫产生局域独特的Cu结构来增强 CO₂还原生成乙烯的选择性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种硫修饰Cu基MOF材料，该材料为硫与Cu基MOF组成，其中Cu基 MOF材料为HKUST-1，所述Cu基MOF材料为正八面体结构，尺寸为10～100 微米。

进一步地，所述的硫修饰采用湿法化学方法将硫掺杂进入Cu基MOF材料中，其中硫与铜的摩尔比为1:(1～100)。

本发明还提出了一种硫修饰Cu基MOF材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)Cu基MOF材料(HKUST-1)的制备：将三水合硝酸铜溶解于去离子水中，另外将均苯三甲酸溶解于乙醇溶液中。随后将上述两种溶液搅拌混合后转移至聚四氟乙烯内衬中，并密封后放入高压反应釜中，在温度为100℃的烘箱中反应24小时后取出。通过离心收集所得产物，并经过反复洗涤数次、烘干即可得到Cu基MOF材料。

(2)制备含硫前驱体溶液：将一定量的含硫前驱体溶解于乙醇溶液中，制备得到不同浓度的含硫前驱体乙醇溶液。

(3)硫修饰Cu基MOF材料(HKUST-1)的制备：取经步骤(1)制备得到的Cu基MOF材料粉末，加入步骤(2)的溶液中，在搅拌的条件下，室温反应即可得到不同程度的硫修饰Cu基MOF材料。

进一步的，所述步骤(1)所述的搅拌时间为1～3小时。

进一步的，所述步骤(2)所述含硫的前驱体可以是硫代乙酰胺、硫脲和双硫脲中的一种或者几种。

进一步的，所述步骤(3)所述的室温反应时间为1～3小时。