[发明专利]一种铜基单原子催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜基单原子催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域。本发明是将铜盐溶于乙二醇水溶液中得到溶液A，将苯二胺溶解于乙二醇得到溶液B，然后将溶液B滴加到溶液A中进行室温搅拌反应，静置过滤后对固体进行洗涤、离心、冷冻干燥得到铜基单原子催化剂。本发明制备的Cu‑xPDs催化剂具有特定的金属‑氮配位结构，金属位点分布十分均匀，用于COsubgt;2/subgt;电化学还原反应能够显著提高对多碳产物的选择性，同时本发明的制备方法简单、成本低具有较高的经济价值。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种铜基单原子催化剂及其制备方法。

背景技术

利用电化学方法将CO₂高效转化为高附加值化学品对于减缓全球气候变化、实现全球碳中和具有重要意义。因此，人们开始广泛致力于开发通过双电子转移途径将CO₂转化为CO或甲酸的催化剂。目前用于CO₂电化学还原反应（eCO₂RR）制备多电子转移产物的催化剂主要为铜基催化剂，包括铜、铜氧化物、团簇、铜基导电金属骨架材料等含铜催化剂。然而，利用现有铜基催化剂进行CO₂电化学还原反应时，其对多碳（C≥2）产物的选择性相对较低，且催化剂的催化活性也有待进一步提高。

铜单原子催化剂由于其低成本和高原子级利用率，已成为广泛应用的eCO₂RR电催化剂。但是现有铜基催化剂的活性位点都是通过热解方式构建的，存在制备过程不可控、分散不均匀、碳骨架结构不确定的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种铜基单原子催化剂及其制备方法。本发明的铜基单原子催化剂对CO₂电化学还原反应具有优异的催化活性，同时对多碳产物具有较高的选择性。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种铜基单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将铜盐溶于乙二醇水溶液中，得到溶液A，所述溶液A中铜离子的浓度为0.2-0.8mol/L；

S2、将苯二胺溶解于乙二醇中，得到溶液B，所述溶液B中苯二胺的浓度为0.5~1.5mol/L；

S3、量取等体积的所述溶液B和所述溶液A，然后将量取的溶液B滴加到溶液A中，滴加结束后室温搅拌3-8h；搅拌结束后静置；

S4、过滤后收集固体，并对固体进行洗涤后离心处理，将离心后的固体进行干燥，得到铜基单原子催化剂。

优选的，步骤S1中所述铜盐包括但不限于硫酸铜。

优选的，步骤S1中所述苯二胺为邻苯二胺、间苯二胺或对苯二胺中一种。

优选的，步骤S1中乙二醇水溶液中乙二醇和水的体积比为4~24:1。

更优选的，步骤S3所述搅拌转速为500~800 rpm。

优选的，步骤S4是依次采用无水乙醇和水对过滤后的固体进行洗涤。

优选的，步骤S4所述干燥方法为真空冷冻干燥。

本发明通过利用Cu²⁺与苯二胺（oPD、mPD和pPD）进行配位构建了具有不同配位环境的催化剂Cu-xPDs（Cu-oPD、Cu-mPD和Cu-pPD）。同时使用乙二醇溶液控制催化剂的生长过程，使得所制备的催化剂具有明确且均匀分布的活性位点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明制备的Cu-xPDs催化剂用于CO₂电化学还原反应能够显著提高对多碳产物的选择性，同时本发明的制备方法简单，室温反应即可制成催化活性与选择性高的铜基单原子催化剂；