[发明专利]应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：采用溶剂热、水热法和微波法，将尿酸类化合物和碱性试剂制备成碳量子的催化剂，其步骤如下：

(1)采用0.01-1.0g尿酸类化合物作为碳源，加入10-50mL溶剂中，超声分散溶解0.5-2小时，得到分散液；然后将分散液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入10μL-10mL碱性溶液，充分混合均匀，在100-220℃温度下进行反应2-30h；

(2)在所述步骤(1)中的反应结束后，将得到的初产物混合液冷却至室温，用0.22μm过滤膜过滤，获得碳量子点的溶液；将初产物的溶液使用透析袋进行透析，将透析后的溶液在不低于80℃下进行干燥，得到碳量子点粉体；

(3)称量1-5mg在所述步骤(2)中得到的碳量子点粉体，与5-250μL质量百分比浓度不低于5％的Nafion溶液、200-500μL异丙醇和500-700μL的超纯水进行混合，在常温下进行超声混合处理0.5-3h，得到催化剂墨水，将催化剂墨水均匀涂覆至载体材料上，干燥，使碳量子点粉体颗粒结合在载体表面，得到催化剂材料。

2.根据权利要求1所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，尿酸类化合物采用马尿酸、尿酸钠、利尿酸、尿酸、紫尿酸、马尿酸乙酯、氰尿酸、三氯异氰尿酸、异氰尿酸三缩水甘油酯、二溴异氰尿酸和二氯异氰尿酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述溶剂采用水、乙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺和甲苯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述碱性溶液采用氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠，磷酸钠、水合肼、乙二胺和氨水中的至少一种溶质的水溶液，碱性溶液的质量百分比浓度不低于1％。

5.根据权利要求1所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所用碳量子点粉体用量为2-5mg。

6.根据权利要求1所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所制备催化剂墨水中碳量子点粉体、质量百分比浓度不低于5％的Nafion溶液、异丙醇和超纯水的比例为2-5mg：6-50μL：250-500μL：500-700μL。

7.一种应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂，其特征在于：采用权利要求1所述制备方法制备而成。

8.根据权利要求7所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂，其特征在于：将碳量子点催化剂配制成墨水使用，将催化剂墨水均匀涂覆至碳布或镍网上静置风干，得到催化剂材料，利用电化学方法，将二氧化碳还原成甲烷。

9.根据权利要求7所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂，其特征在于：在其载体上固定的碳量子点粉体颗粒的尺寸为2.5-6nm。

10.根据权利要求9所述应用于二氧化碳电还原制备甲烷的碳量子点催化剂，其特征在于：在其载体上固定的碳量子点粉体颗粒的平均尺寸为4.37nm。