[发明专利]一种催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种催化剂和制备方法，所述催化剂包括瓜环和Cu₂O；为所述瓜环包覆所述Cu₂O。通过调节金属前驱体盐的浓度和瓜环的量，即可得到不同尺寸和不同瓜环修饰层厚度的CB[n]‑Cu₂O低维材料。本方法具有合成简单，操作方便，应用范围广等特点，且制备条件较温和，方法简易，无需特殊的设备。

技术领域

本申请属于环境保护和低维材料合成领域，具体涉及一种催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着工业大规模发展，化石燃料(煤炭、石油、天然气等)已成为不可缺少的一部分，然而随之而来的环境恶化、能源危机，也带来了很多问题，改变着人们的生活。化石燃料的燃烧，将碳转变为二氧化碳(CO₂)进入大气，使大气中的二氧化碳浓度增大。而二氧化碳作为一种温室气体，会加重温室效应，导致全球变暖、冰川融化、海平面上升等一系列问题。针对这一问题，提出了减少碳排放、实现碳中和的目标，人类所能做的就是开发可再生能源和低碳清洁技术，减少二氧化碳的排放量。

一种极有应用前景的方式，是利用可再生电力，通过电化学CO₂还原(CO₂RR)将CO₂转化为各种高经济附加值的有机小分子。以大气中的CO₂作为碳源，既降低了大气中CO₂的浓度，而且能够产生各种可再生能源和工业化学原料，同时解决了环境和能源问题。电化学CO₂还原可以在常温常压下实现CO₂—碳氢化合物和醇等的转化，产物分布广泛。但是存在的一个问题是，在不使用催化剂的情况下，反应过电位高、产物选择性差，因为电化学CO₂转化的关键在于高效催化剂的设计。

Cu作为唯一能产生甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)、乙酸(CH₃COOH)、乙醇(CH₃CH₂OH)等多电子产物且效率较高的金属催化剂，引起了研究人员的广泛关注。虽然Cu能催化CO₂还原为各种高经济附加值的有机小分子，但是产物分布广、起始电位相近，某一特定产物的选择性低。对于Cu基催化剂，研究表明活性物种为Cuⁿ⁺，但是在电化学测试过程中，Cuⁿ⁺会变成Cu⁰，导致催化剂快速失活。因此Cu基催化剂的设计要求有两点：一是对Cu局部电子结构进行改进，促进到某一特定产物的转化；二是通过改性稳定催化剂的活性位点，增加稳定性。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种催化剂，所述催化剂包括瓜环和Cu₂O；所述瓜环包覆所述Cu₂O。

可选地，所述瓜环包括具有式I～IV结构式的化合物中的至少一种：

其中，n＝5～14；

优选地，n＝5～8、10或14。

优选地，n＝6，即CB[6]。

可选地，n独立地选自5、6、7、8、9、10、11、12、13或14。

可选地，n独立地选自5、6、7、8、10或14。

可选地，所述催化剂的粒径为10nm～10μm。

可选地，所述催化剂的粒径为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。