[发明专利]一种将CO2

说明书

本发明公开了一种将二氧化碳还原成一氧化碳的催化剂材料的制备方法。其制备过程包括：将金属有机框架FJU‑40和石墨烯均匀混合，煅烧；将煅烧后的物质和二水铋酸钠(NaBiO₃·2H₂O)、导电炭黑XC‑72R和硝酸银按比例溶解在水中，制备成溶液；将NaBH₄溶解在水中，制成溶液；将两种溶液进行混合，离心，干燥得到催化剂材料。该催化剂材料在电催CO₂还原为CO性能方面表现出优异的催化还原性能，有效克服了还原电势高问题，提高了产物的法拉第效率，催化反应的产物以CO为主。

技术领域

本发明属于电化学还原催化剂制备及应用技术领域，目的是提供一种将二氧化碳还原成一氧化碳的催化剂材料的制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展，国际能源需求逐年攀升，以煤、石油和天然气为主导的化石能源消耗量在逐年增长。在利用这些化石能源过程中不可避免地排放大量CO₂，引发一系列环境问题，例如全球变暖、海洋酸化等，对人类的生存环境造成极大的威胁。虽然以太阳能、风能、潮汐能等为代表的可再生能源在能源结构中所占比例逐年增加，但是上述清洁能源的电输出却受限于气候条件，其发电系统的运行效率及能量利用效率较低，暂时还难以取代化石染料的地位。因此，如何解决CO₂大量排放带来的环境问题以及提高可再生能源的利用率变得尤为重要。CO₂电催化还原可以有效地利用可再生能源产生的电能将CO₂转化为CO、碳氢化合物、甲醇、甲酸等染料或者化学品，能够提高可再生能源的能量利用效率和实现可持续的碳循环，是一种极具前景的能源与环境问题的解决方案。

而通过CO₂电催化的产物之一CO，是一种非常重要化学工业原料，例如在高分子领域，CO在一定催化剂条件下共聚制得各种聚酮类高分子化合物，这种高聚物与普通聚合物如尼龙-6、聚丙烯等相比，具有高分子量、高结晶度、结构规整、熔点高、机械性能优良等特点，可用作工程塑料。而且，一氧化碳在无机工艺中的地位也是非常重要的，一氧化碳是还原性较强的化合物，广泛应用于有色冶炼、陶瓷等行业；由于一氧化碳氧化放出热量较大，可以充分利用作为有效热源。因此，如果能高效的催化CO₂转化为CO，既能减少大气中温室气体CO₂的含量，而且还能实现一氧化碳与二氧化碳相互转换的循环经济。

尽管CO₂电还原在能量与环境的问题中意义重大，但是困难与挑战依然存在并值得给予重视。CO₂分子由于其线性结构与化学惰性，使得其具备非常稳定的性能。C＝O键仅在高能电子或光子的激发下才会断裂，并且需要很高的激活能垒，最终导致明显的过电位。与此同时，氢气生成反应(HER)作为一个竞争路径会对CO₂最终导致明显的过电位。HER发生的电位相对于CO₂还原来说通常会比较接近。较低的动力学性能与伴随的副反应共同阻碍了CO₂的有效还原。

发明内容

本发明的目的主要是提供一种将二氧化碳还原成一氧化碳的催化剂材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：将0.1mmol的六水合硝酸锌、0.01mmol对苯二甲酸、0.01mmol的1,2,4-三氮唑加入到烧杯当中，然后加入5mL的DMF、3mL的乙醇、25mL的蒸馏水，然后进行超声溶解，将溶液移至带有瓶盖的玻璃瓶当中，在80℃条件下反应24h，得到晶体，过滤，用甲醇洗涤5次，60℃条件下真空活化12h，得到活化的晶体FJU-40。

S2：将步骤S1制备好的FJU-40和石墨烯按照质量比1：3～7，进行均匀混合。

S3：将步骤S2制得的物质放置在管式炉中，在氮气气氛下，进行煅烧，其中升温速率为10℃/min，从室温下升至600℃，然后在600℃保持5h，随炉冷却至室温。