[发明专利]一种金-铁纳米合金催化剂的制备方法及应用

说明书

一种金‑铁纳米合金催化剂的制备方法及应用，它涉及一种电催化还原CO₂制CO的催化剂制备方法及应用。本发明的目的是要解决贵金属金与银作为CO₂还原为CO的催化材料存在价格高昂的问题。制备方法：一、制表面活性剂溶液；二、混合；三、水热反应；四、洗涤、分散；五、复合，得到金‑铁纳米合金催化剂。金‑铁纳米合金催化剂作为原料制备工作电极，用于电催化还原CO₂制CO。优点：降低了金的用量，大大降低了金基催化剂工业化应用的成本。

技术领域

本发明涉及一种电催化还原CO₂制CO的催化剂制备方法及应用。

背景技术

人类过度依赖天然气、煤、石油等自然界不可再生的化石能源来获取燃料和化工原料，这种消耗自然资源用于人类社会发展不但不可持续，而且使大气中的二氧化碳含量快速升高，导致了越来越多的环境问题，如温室效应等，严重威胁着人类的生存和发展。更紧迫的是，随着人口数量的增加、人类寿命的延长、新工艺的发展等因素使得人类对于能量的需求越来越高。气候变化和能源危机已逐渐威胁到人类在地球的生存和繁衍，是当代人必须解决的科学难题。但是CO₂变回碳基能源材料的速度远远落后于人类消耗能源材料的速度。2017年2月的检测数据表明，大气中的CO₂浓度已高达406ppm，远远超过350ppm的安全上限。以CO₂为资源，利用化学法将其还原为碳基能源材料将加速闭合地球碳循环系统，既提供了能源，又降低了CO₂在大气中的含量，是解决当前日益恶化的能源和环境问题的一种有效方式。电催化还原CO₂因其反应条件温和，不需要高温高压，设备操作灵活，可获得较其他化学转化设备更高的能量利用效率等优点被认为是CO₂资源化最有发展前景的一种转化技术。

应用不同的金属催化剂可以将CO₂还原为多种产物，目前在所有CO₂还原催化产物中，考虑到市场价格等因素，CO被认为是最理想的产物，因为CO是费托反应的原料，可用于工业化生产甲烷。目前研究的所有金属催化剂中，贵金属金与银作催化材料对CO₂还原为CO具有最高的选择性与催化效率，其中金基催化剂还原CO₂为CO的法拉第效率可达90％以上。然而贵金属金在自然界中非常稀少，价格高昂，严重限制了金基催化剂的工业化、规模化的使用。由于纳米材料在一定质量下具有很高的比表面积和催化活性，目前的研究集中于开发新型贵金属纳米材料，通过调控材料的尺寸、形貌以及组分来提高贵金属的催化性能和质量活性，进一步减少贵金属的用量。

目前的金基催化剂主要通过调控催化剂的尺寸，表面形貌以及特定位点所占比例等手段得到。尽管催化活性有所提高，但其贵金属金的用量没有显著减少，催化剂的质量活性没有显著提升。且对纳米材料的微观形貌进行调控的反应条件要求极高，步骤复杂，对制备工艺提出了很高的要求，很难满足工业化的实际生产。

发明内容

本发明的目的是要解决贵金属金与银作为CO₂还原为CO的催化材料存在价格高昂的问题，而提供一种金-铁纳米合金催化剂的制备方法及应用。

一种金-铁纳米合金催化剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制表面活性剂溶液：将表面活性剂加入高沸点有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到表面活性剂溶液；所述表面活性剂的质量与高沸点有机溶剂的体积比为(0.006～0.6)g:(1～100)mL；

二、混合：向表面活性剂溶液中加入金盐化合物、铁盐化合物和还原剂，在温度为30～80℃和氩气气氛下搅拌混匀，得到混合物；所述金盐化合物的质量与表面活性剂溶液的体积比为(0.0093～0.93)g:(1～100)mL；所述铁盐化合物的质量与表面活性剂溶液的体积比为(0.0088～0.88)g:(1～100)mL；所述还原剂的质量与表面活性剂溶液的体积比为(0.064～0.64)g:(1～100)mL；所述还原剂为醇类化合物；