[发明专利]电催化还原CO2

权利要求书

1.电催化还原CO₂的Cu基单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将小分子有机溶剂加热至120-150℃，添加过渡金属M离子溶液，恒温反应8-12h，降温至室温，再加入Cu离子前驱液，得到Cu/M混合盐溶液；

(2)将Cu/M混合盐溶液添加至氧化石墨烯溶液中，随后添加氮源，超声混匀、冷冻干燥得到混合固体粉末；

(3)将上述混合固体粉末在惰性气体保护下高温焙烧还原，还原后所得样品洗涤过滤、真空干燥得到缺陷石墨烯负载Cu基单原子合金催化材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述小分子有机溶剂为DMF、乙二醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种；优选的，所述小分子有机溶剂为DMF。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中过渡金属M离子溶液包括过渡金属M的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐溶液中的至少一种；优选的，过渡金属M离子溶液浓度为0.8-1.5mol/L；优选的，所述过渡金属M为元素周期表中Ⅷ族金属，进一步优选的，所述过渡金属M包括Ni、Pd、Pt中的一种或几种；

优选的，步骤(1)所述Cu离子前驱液为乙酸铜、硝酸铜、氯化铜和硫酸铜溶液中的至少一种；进一步优选的，所述Cu离子前驱液浓度为0.02-0.2mol/L。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中小分子有机溶剂与过渡金属M离子溶液的体积比为(60-300):1；优选的，步骤(1)中小分子有机溶剂与过渡金属M离子溶液的体积比为(80-100):1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)过渡金属M离子溶液与Cu离子前驱液的体积比为1:(1-100)；优选的，过渡金属M离子溶液与Cu离子前驱液的体积比为1:(40-60)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氧化石墨烯溶液的浓度为0.5-5mg/mL，氧化石墨烯溶液用量为50-220mL；优选的，氮源包括三聚氰胺、尿素、苯胺、乙二胺、氨水中的至少一种；优选的，所述氮源为三聚氰胺，三聚氰胺与氧化石墨烯的质量比为(2-7):1。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，惰性气体包括氮气、氩气、氦气；所述高温焙烧温度为700～900℃，焙烧时间为1.5～3.0h；

优选的，所述高温焙烧的步骤为：首先以10℃/min的升温速率从室温升至200～400℃，再以5℃/min的升温速率升至700～900℃，并在此高温下维持1.5～3.0h进行深度还原，随后逐渐冷却至20-25℃；优选的，所述洗涤溶剂为去离子水、乙醇或丙酮中的至少一种，洗涤次数不少于3次。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法制得的Cu基单原子合金催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体石墨烯和均匀负载于石墨烯结构中的Cu基单原子合金纳米颗粒；所述石墨烯为杂原子改性石墨烯；所述Cu基单原子合金纳米颗粒包括基底金属Cu和过渡金属M，所述过渡金属M以单原子形式稳定掺杂于Cu晶格结构中；Cu和过渡金属M占催化剂的质量分数分别为0.5-5.0at.％和0.1-2.5at％；所述Cu基单原子合金纳米颗粒的平均粒径为1-5nm；所述杂原子包括N、O，N占催化剂的7-12at.％，O占催化剂的5-10at.％。

9.根据权利要求8所述的Cu基单原子合金催化剂，其特征在于，催化剂中Cu和过渡金属M的摩尔比为(1-8):1。

10.根据权利要求9所述的Cu基单原子合金催化剂，其特征在于，所述Cu基单原子合金催化剂电催化CO₂生成CO的最高法拉第效率为70-85％。