本發(fā)明屬于大氣污染物控制的催化材料，特別涉及一種脈沖電流增強mof基催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、co2的儲存與高效轉(zhuǎn)化利用技術(shù)顯得尤為重要，它們不僅是減緩氣候變化的關(guān)鍵手段，也是推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

2、電能作為一種穩(wěn)定易得的能源，通過電驅(qū)動實現(xiàn)co2的催化轉(zhuǎn)化有巨大的發(fā)展?jié)摿?。不僅能夠?qū)⑦@一溫室氣體轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)品或燃料，還能實現(xiàn)能源的儲存與轉(zhuǎn)化過程的零排放，對于構(gòu)建低碳循環(huán)經(jīng)濟體系具有重要意義。然而，當前co2電還原技術(shù)的發(fā)展仍面臨諸多瓶頸，其中最為突出的是產(chǎn)物分布的限制。

3、目前，co2電還原產(chǎn)物主要集中在co、甲烷等這些附加值不高的單碳產(chǎn)物，為了實現(xiàn)co2資源的高值化利用，科學(xué)家們致力于探索能夠促進c-c鍵耦合的催化體系，以期獲得具有更高價值的二碳，乃至多碳產(chǎn)品。

4、銅基催化劑被認為是實現(xiàn)co2到多碳產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的有效途徑之一，但其在實際應(yīng)用中仍面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。首先，cu基催化劑的產(chǎn)物選擇性較差，即在同一反應(yīng)條件下往往同時生成多種產(chǎn)物，難以高效定向合成目標產(chǎn)物；其次，cu基催化劑的活性有待提高，以滿足工業(yè)化生產(chǎn)對效率和產(chǎn)量的要求。因此，如何設(shè)計和優(yōu)化cu基催化劑，以提高其對特定多碳產(chǎn)物的選擇性和催化活性，成為當前co2電還原領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種脈沖電流增強mof基催化劑及其制備方法和應(yīng)用，解決了cu基催化劑進行co2電還原至多碳產(chǎn)物時面臨的產(chǎn)物選擇性差，活性低的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，包括：

4、將銅鹽與聚乙烯吡咯烷酮溶解在n,n-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，再加入甲酸得到a溶液；

5、將cu-tcpp溶于dmf和乙醇的混合溶液中得到b溶液；

6、將a溶液與b溶液分散均勻，加熱干燥得到pml-cu；

7、在惰性氣氛條件下，將pml-cu煅燒得到pml-cunps；

8、在惰性氣氛條件下，利用脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps。

9、所述銅鹽、聚乙烯吡咯烷酮與cu-tcpp的質(zhì)量比為（20-25）∶100∶（45-50）。

10、所述銅鹽為cu(no3)2·3h2o或cucl2·2h2o。

11、所述將a溶液與b溶液分散均勻，加熱干燥得到pml-cu，具體為：

12、a溶液與b溶液混合分散均勻，在80~100℃烘箱加熱8~10小時。

13、所述在惰性氣體中，將pml-cu煅燒得到pml-cunps，具體為：

14、在惰性氣體中，將pml-cu在250~280℃的溫度下煅燒2~3小時得到pml-cunps。

15、利用脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps，具體為：

16、將pml-cunps用易揮發(fā)溶劑分散后涂覆在工作電極上，惰性氣氛條件下，利用三電極體系，在電解液中，通過脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps。

17、所述通過脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps，具體為：

18、利用下限-0.5v和上限+1v的脈沖電流，從負電位開始每隔1s脈沖一次，對pml-cunps進行30s的脈沖處理，得到pulse-pml-cunps。

19、所述電解液為0.1~0.2mol/l的khco3溶液。

20、本發(fā)明還提供一種上述的制備方法制得的脈沖電流增強mof基催化劑。

21、本發(fā)明還提供上述的脈沖電流增強mof基催化劑在co2電還原領(lǐng)域應(yīng)用。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

23、本發(fā)明提供一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，本方法通過節(jié)點金屬原位還原的方法，在二維mof基材料cu-tcpp中原位生成活性中心，不用外引活性位點，操作方便。合成的二維mof基電催化劑pml-cunps具有單原子層結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)傳質(zhì)速率最大化，大大提高了反應(yīng)速率；本發(fā)明還通過脈沖電流的方法改變活性中心表面狀態(tài)，改變cu納米顆粒表面粗糙度和價態(tài)，增強了co2電還原到多碳產(chǎn)物的反應(yīng)選擇性，實現(xiàn)了產(chǎn)物高選擇性到乙烯的結(jié)果。

24、本發(fā)明提供的脈沖電流增強mof基催化劑，通過脈沖電流處理，在氧化電位條件下cunps表面會被部分氧化，在還原電位下又出現(xiàn)部分還原，多次脈沖后cunps機會呈現(xiàn)氧化態(tài)和還原態(tài)cu的不均勻分布，使得催化劑表面粗糙度增加同時增加氧化態(tài)cu的分布比例，有研究表明氧化態(tài)的cu更加有利于多碳產(chǎn)物的產(chǎn)生。

25、通過本發(fā)明制備的催化劑用于co2電還原至多碳產(chǎn)物的催化反應(yīng)，在最優(yōu)電位下乙烯的法拉第效率達到28.8%，含碳產(chǎn)物法拉第效率達到50%以上。

技術(shù)特征：

1.一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅鹽、聚乙烯吡咯烷酮與cu-tcpp的質(zhì)量比為（20-25）∶100∶（45-50）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅鹽為cu(no3)2·3h2o或cucl2·2h2o。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述將a溶液與b溶液分散均勻，加熱干燥得到pml-cu，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述在惰性氣體中，將pml-cu煅燒得到pml-cunps，具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，利用脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述通過脈沖電流對pml-cunps進行處理得到pulse-pml-cunps，具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種脈沖電流增強mof基催化劑的制備方法，其特征在于，所述電解液為0.1~0.2mol/l的khco3溶液。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述的制備方法制得的脈沖電流增強mof基催化劑。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的脈沖電流增強mof基催化劑在co2電還原領(lǐng)域應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種脈沖電流增強MOF基催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于大氣污染物控制的催化材料領(lǐng)域。本發(fā)明將銅鹽與聚乙烯吡咯烷酮溶解在DMF和乙醇的混合溶液中再加入甲酸；將Cu?TCPP溶于DMF和乙醇的混合溶液；再將上述溶液混合分散均勻，加熱干燥得到PML?Cu；取PML?Cu在惰性氣體中煅燒得到PML?CuNPs；利用脈沖電流對PML?CuNPs進行處理得到Pulse?PML?CuNPs。本方法通過節(jié)點金屬原位還原的方法，在二維MOF基材料Cu?TCPP中原位生成活性中心，合成的二維MOF基電催化劑PML?CuNPs具有單原子層結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)傳質(zhì)速率最大化；本發(fā)明還通過脈沖電流的方法改變活性中心表面狀態(tài)，改變Cu納米顆粒表面粗糙度和價態(tài)，增強了CO<subgt;2</subgt;電還原到多碳產(chǎn)物的反應(yīng)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王思源,雷嗣遠,王樂樂,陳寶康,何川,姚燕,鮑強,羅彥佩,馬云龍,楊曉寧,楊宇航,劉健
受保護的技術(shù)使用者：蘇州西熱節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6