[发明专利]单原子铁掺杂的氮碳材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子铁掺杂的氮碳材料的制备方法，其特征在于，包括：将铁盐、生物炭和水混合，于10～105℃干燥至形成固体，在惰性气体或者氮气环境下，将所述固体升温至300～650℃并于该温度保持1～3h，再升温至900～1100℃并于该温度保持1～2h，冷却至室温，得到氮碳材料，其中，按质量份数计，铁盐中的铁、生物炭和水的比为(0.001～0.01)：1：15。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述固体升温至300～650℃的升温速率为2～10℃/min。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，升温至900～1100℃的升温速率为2～15℃/min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按质量份数计，铁盐中的铁、生物炭和水的比为(0.002～0.009)：1：15，优选为(0.003～0.008)：1：15，更优选为(0.004～0.006)：1：15。

5.如权利要求1～4中任意一项所述制备方法获得的氮碳材料。

6.如权利要求5所述氮碳材料作为催化剂在提高电催化还原CO₂的CO法拉第效率中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，CO法拉第效率最高为93％。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，氮碳材料作为催化剂电催化还原CO₂的方法为：将5～7质量份数的催化剂、190～210体积份数的去离子水、360～380体积份数的无水乙醇和20～40体积份数的5％Nafion溶液混合均匀，得到溶液，将溶液滴加在碳布表面，干燥后作为工作电极，将工作电极、参比电极和对电极放入电解液中进行电解，过电位为-0.3V～-1.1V，电解液为水和KHCO₃的混合物，电解液中KHCO₃的浓度为0.1～0.3M，体积份数的单位为μL，质量份数的单位为mg。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，过电位为-0.4V～-0.8V，优选为-0.5V～-0.7V。

10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，电解液中KHCO₃的浓度为0.1～0.15M。