[发明专利]一种电催化还原CO2

说明书

本发明公开了一种电催化还原CO₂的Cu‑MOF材料及其制备方法，属于电催化还原技术领域。以N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂溶解3,4,9,10‑苝四酸二酐，与1‑(3‑氨基丙基)咪唑反应生成苝四羧酸二(丙基咪唑)，即PDI，洗涤后干燥；再将得到的PDI溶于氯仿溶液，过滤得PDI的氯仿饱和溶液；最后将PDI的氯仿饱和溶液与氯化铜的甲醇溶液置于密闭容器中，加热至40‑80℃，恒温反应2‑6h，固液分离得到沉淀后，洗涤、干燥后得到电催化还原CO₂的Cu‑MOF材料。本发明制备的Cu‑MOF材料对CO₂的电催化还原具有良好的催化活性和稳定性。并且制备工艺过程简单，对设备要求低，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种电催化还原CO₂的Cu-MOF材料及其制备方法，属于电催化还原领域。

背景技术

随着世界人口的增长和工业化扩张，CO₂排放量逐年加剧，其引发的温室效应给人类带来了海平面上升、冰川融化和动植物种类减少等问题。因此，越来越来的人们开始尝试回收二氧化碳，因为它不是一种废料，而是一种丰富且廉价的碳源，可用于生产有附加值的化学品。

如何将二氧化碳转化为具有附加值的化学品正是当前研究的热门方向之一。目前将二氧化碳通过化学转化的途径包括热催化、光催化、电催化等几种途径。而电催化是当前世界上公认的能够解决环境和能源问题最具有应用前景的新技术，因为它具有以下优点：(1)能够在常温常压下进行反应；(2)通过改变反应电压和温度等，可以控制反应进行的方向和程度，具有可控性；(3)反应所需要的电能可以通过太阳能、风能等新能源来产生；(4)反应中的电解质溶液支持循环使用，使整个反应的能耗降到最低。

就电催化还原CO₂领域来说，催化材料的发展将决定其未来发展的程度。依据目前的研究可以把还原CO₂的过度金属分为以下几类，(1)Pb，Hg，Sn和Cd等，此类金属催化产物多为甲酸，对CO₂-中间体的结合能力很弱；(2)Au，Ag，Zn等对CO₂-中间体的结合能力适中，但对CO中间体的吸附能力很弱，难以进行下一步C-C耦合，产物以CO为主；(3)Cu，既可以结合CO₂-中间体，还可以进一步还原CO，因此能够，Cu类催化剂能够催化CO₂生成更高附加值的烷烃类产物。但是直接以过度金属作为催化剂都存在缺点，Cu类催化剂虽然能将CO₂转化为烷烃类产物，但催化产物选择性低、产率低、催化剂的稳定性也不好。用金属络合物电化学催化还原CO₂，由于它们保留电子以帮助金属络合物进行多电子转化和改变中心金属离子的电子性质或路易斯酸性等的独特能力，具有低过电位、高催化速率和选择性以及延长的耐久性等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种电催化还原CO₂的MOF材料及其制备方法，通过二水氯化铜与有机物PDI配位形成高分子金属-有机配合物，该配合物具有良好的电化学催化还原CO₂的性能，且具有高催化活性、高稳定性。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：

一种电催化还原CO₂的Cu-MOF材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂溶解3,4,9,10-苝四酸二酐，与1-(3-氨基丙基)咪唑反应生成苝四羧酸二(丙基咪唑)，即PDI，洗涤后干燥；再将得到的PDI溶于氯仿溶液，过滤得PDI的氯仿饱和溶液；最后将PDI的氯仿饱和溶液与氯化铜的甲醇溶液置于密闭容器中，加热至40-80℃，恒温反应2-6h，固液分离得到沉淀后，洗涤、干燥后得到电催化还原CO₂的Cu-MOF材料，即PDI-Cu材料。

在本发明的一种实施方式中，PDI与氯化铜的质量比为2:1-2:4。