[发明专利]一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及工业催化技术领域，具体公开了一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：(1)将金属盐与配体溶于溶剂中，得到混合溶液，将所述混合溶液热处理、离心、洗涤，制得金属有机骨架MOFs；(2)将所述金属有机骨架MOFs在焙烧气氛下进行焙烧，制得黑色粉末前驱体；(3)将所述黑色粉末前驱体置于酸溶液中搅拌，再通过离心、洗涤，去除焙烧剩余的金属成分，制得多孔结构的碳材料载体；(4)将所述多孔结构的碳材料载体分散于溶剂中，加入含有贵金属前驱体的溶剂，再加入还原剂，搅拌、过滤、洗涤，制得多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料，该材料化学稳定性高，在空气中不易被氧化，可电催化COsubgt;2/subgt;还原反应，而且催化性能稳定。

技术领域

本发明涉及工业催化技术领域，具体涉及一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前使用的能源主要是传统的化石燃料，包括煤炭、石油和天然气。然而，由于这些化石燃料是不可再生的，它们的过度使用可能导致能源危机和产生大量的CO₂，从而导致温室效应和全球气候变化。为了解决这些环境问题，可以采用CO₂还原反应将CO₂转化为高价值的化学产品和燃料。与传统的转化技术相比，CO₂电催化转化技术由于可以直接利用可再生能源产生的电力和清洁的水作为质子源而受到了人们的极大关注。

对于金属负载型催化剂的研究非常广泛，将催化活性中心分散在高导电性载体上制备复合材料，是提升电催化剂性能的有效途径。已有研究将MOF及其衍生物作为催化剂载体，负载各种金属纳米粒子得到多相负载型催化剂，可实现重复使用。

然而，现有电催化剂普遍存在的电流密度低的问题确少有研究。当CO₂气体向活性部位扩散时，可增强反应动力学，增大电流密度，但CO₂气体在水溶液中的溶解度不大，直接影响活性位点附近CO₂气体的浓度。

因此，亟需提供一种纳米颗粒材料及其制备方法，实现高性能的二氧化碳还原，从而提升高电流密度催化反应。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一，为此本发明提出一种纳米颗粒材料及其制备方法和应用，纳米颗粒材料可用于电催化CO₂还原反应，该材料具有高选择性、高活性、高稳定性和电流密度大的特点。

本发明的第一方面提供一种纳米颗粒材料的制备方法。

具体的，所述的方法包括以下步骤：

(1)将金属盐与配体溶于溶剂中，得到混合溶液，将所述混合溶液热处理、离心、洗涤，制得金属有机骨架MOFs；

(2)将所述金属有机骨架MOFs在焙烧气氛下进行焙烧，制得黑色粉末前驱体；

(3)将所述黑色粉末前驱体置于酸溶液中搅拌，再通过离心、洗涤，去除焙烧剩余的金属成分，制得多孔结构的碳材料载体；

(4)将所述多孔结构的碳材料载体分散于溶剂中，加入含有贵金属前驱体的溶剂，再加入还原剂，搅拌、过滤、洗涤，制得多孔结构负载贵金属纳米颗粒材料。

优选的，步骤(1)中，所述金属盐与配体的摩尔比为(1-3)：(3-1)。

进一步优选的，所述金属盐与配体的摩尔比为2.7:1、2.4:1、2.1:1、1.8:1、1.5:1、1.2:1、0.9:1、0.6:1、0.3:1、1:1、1:0.3、1:0.6、1:0.9、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2.1、1:2.4、1:2.7。

优选的，步骤(1)中，所述金属盐为MCl_x、M(NO₃)_x中的至少一种，M为Al、Fe、V、Ga、Co、Cr中的至少一种。