本發(fā)明涉及能源與環(huán)境催化，尤其是涉及一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳作為一種天然碳源，使用風(fēng)能、太陽(yáng)能和潮汐能等可再生電能作為輸入能量，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)產(chǎn)品和燃料，從而提升co2減排過(guò)程的可行性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)緩解能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)碳中和具有重要意義。電化學(xué)co2還原反應(yīng)(eco2rr)常見(jiàn)產(chǎn)物包括c1化學(xué)品(ch4、co、甲醇等)、尿素、乙醇、聚酯、芳烴和烯烴等。

2、貴金屬催化劑(例如rh、ru、ir、pt、pd等)具有反應(yīng)活性和選擇性高、反應(yīng)溫度低和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但其高成本限制了其大規(guī)模應(yīng)用。酞菁和卟啉是具有高效eco2rr性能的分子催化劑的代表，具有明確的金屬-吡咯配位鍵構(gòu)象和可調(diào)節(jié)的金屬配位原子。目前，普遍認(rèn)為催化劑的特性與顆粒大小、形貌、金屬活性位與載體間相互作用的強(qiáng)弱以及實(shí)驗(yàn)條件等因素有關(guān)。直接滴涂或涂布在基材上的操作常導(dǎo)致分子團(tuán)聚，不可控的分子團(tuán)聚會(huì)影響電子輸運(yùn)，從而導(dǎo)致催化劑用量增加并且產(chǎn)物的法拉第效率和電流密度降低。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)氨基酞菁銅分子催化劑與碳納米管的非共價(jià)連接，氨基酞菁銅催化劑在寬電壓范圍內(nèi)展示出高的催化活性和co選擇性。

2、本發(fā)明提供一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑的制備方法，包括如下步驟：

3、s1：對(duì)碳納米管進(jìn)行升溫煅燒，得到煅燒碳納米管；

4、s2：對(duì)煅燒碳納米管進(jìn)行酸化，酸化后過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨，制得酸化碳納米管；

5、s3：將酸化碳納米管和氨基酞菁銅分子催化劑超聲分散于有機(jī)溶劑中，分散后過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨，得到氨基酞菁銅催化劑。

6、步驟s1中，升溫煅燒包括：以4-6℃/min的升溫速率升溫至400-600℃，保溫煅燒4-6h。

7、步驟s2中，酸化包括：將煅燒碳納米管浸泡于7-9mol/l的鹽酸溶液中，先超聲20-40min，隨后攪拌20-28h。

8、步驟s3中，酸化碳納米管與氨基酞菁銅分子催化劑的質(zhì)量比為100：(4-6)；有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱dmf)，酸化碳納米管與二甲基甲酰胺質(zhì)量比為1：(700-900)；超聲分散時(shí)間為20-40min，超聲分散后攪拌20-28h；洗滌依次采用二甲基甲酰胺和95％的乙醇溶液進(jìn)行，洗滌次數(shù)為2-4次；干燥包括：在50-70℃下真空干燥10-15h。

9、本發(fā)明還提供一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑，采用上述制備方法制得。

10、本發(fā)明以微量的氨基酞菁銅分子催化劑和廉價(jià)易得的碳納米管作為原料制備用于co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑，制備方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的超聲和長(zhǎng)時(shí)間攪拌，成功地實(shí)現(xiàn)了氨基酞菁銅分子催化劑與碳納米管的非共價(jià)連接，制備出的催化劑不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且能夠使氨基酞菁銅均勻分散于碳納米管表面，微量的氨基酞菁銅分子催化劑即能提供大量有效的反應(yīng)活性位點(diǎn)，該催化劑在-0.8v至-1.4v(vs.rhe)的寬電位范圍內(nèi)co2電化學(xué)還原具有大于90％的co法拉第效率，在-0.9v(vs.rhe)電勢(shì)下的co法拉第效率達(dá)到99.13％，在寬電壓范圍內(nèi)展示出高的催化活性和co選擇性，具有良好的工業(yè)應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，升溫煅燒包括：以4-6℃/min的升溫速率升溫至400-600℃，保溫煅燒4-6h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，酸化包括：將煅燒碳納米管浸泡于7-9mol/l的鹽酸溶液中，先超聲20-40min，隨后攪拌20-28h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，酸化碳納米管與氨基酞菁銅分子催化劑的質(zhì)量比為100：(4-6)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，酸化碳納米管與二甲基甲酰胺質(zhì)量比為1：(700-900)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，超聲分散時(shí)間為20-40min，超聲分散后攪拌20-28h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，洗滌依次采用二甲基甲酰胺和95％的乙醇溶液進(jìn)行；洗滌次數(shù)為2-4次。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，干燥包括：在50-70℃下真空干燥10-15h。

10.一種co2電化學(xué)還原制co的氨基酞菁銅催化劑，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9任一所述的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種CO<subgt;2</subgt;電化學(xué)還原制CO的氨基酞菁銅催化劑及其制備方法。本發(fā)明的制備方法包括如下步驟：S1：對(duì)碳納米管進(jìn)行升溫煅燒，得到煅燒碳納米管；S2：對(duì)煅燒碳納米管進(jìn)行酸化，酸化后過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨，制得酸化碳納米管；S3：將酸化碳納米管和氨基酞菁銅分子催化劑超聲分散于有機(jī)溶劑中，分散后過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨，得到氨基酞菁銅催化劑。本發(fā)明的制備方法能夠?qū)崿F(xiàn)氨基酞菁銅分子催化劑與碳納米管的非共價(jià)連接，制得的氨基酞菁銅催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠提供大量有效的反應(yīng)活性位點(diǎn)，在寬電壓范圍內(nèi)展示出高的催化活性和CO選擇性，具有良好的工業(yè)應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：彭峰,方俊,楊光星,張巧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9