本發(fā)明屬于大氣污染物控制的催化材料，特別涉及一種用于低壓co2電還原的催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著“雙碳”目標(biāo)的提出減污降碳，綠色環(huán)保越來越被人們重視。我國火電行業(yè)（80%以上屬于煤電）的co2排放量約占全國總碳排放的43%，是co2排放的最大單一來源，在燃煤電廠的煙道氣中co2含量最高可達(dá)到30%，如何將這一部分的co2儲(chǔ)存應(yīng)用起來成為了研究者們關(guān)注的重點(diǎn)。

2、當(dāng)前，對(duì)co2的處理方式之一是通過電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)co2的催化還原，而大多數(shù)關(guān)于電驅(qū)動(dòng)co2還原的研究仍主要聚焦于100%?co2氣氛條件下的反應(yīng)過程，對(duì)于實(shí)際工業(yè)環(huán)境中更為復(fù)雜的低壓co2電還原體系的研究尚顯不足。這一局限性不僅限制了技術(shù)的直接應(yīng)用潛力，也忽略了從源頭減少co2分離成本的可能性。因此，探索并優(yōu)化低壓co2電還原技術(shù)，不僅能夠有效降低燃煤電廠等工業(yè)排放源處理co2的成本，還能為實(shí)現(xiàn)煙氣中co2的直接、高效催化轉(zhuǎn)化開辟新途徑，對(duì)于推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)意義。

技術(shù)實(shí)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(diǎn)，提供一種用于低壓co2電還原的催化劑及其制備方法和應(yīng)用，解決了電驅(qū)動(dòng)還原co2時(shí)所需還原條件苛刻的問題，實(shí)現(xiàn)在低壓co2高效的電還原反應(yīng)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，包括：

4、將dut-67與鈷鹽溶于n,n-二甲基甲酰胺中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到dut-67-co；

5、將dut-67-co與鄰苯二腈溶于n,n-二甲基甲酰胺中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到copc-dut-67；

6、將copc-dut-67與含有三氟甲基官能團(tuán)的芳香族或脂肪族羧酸溶于有機(jī)溶劑中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，得到copc-dut-67-f。

7、dut-67與鈷鹽的質(zhì)量比為（4~5）∶10；

8、制備dut-67-co的加熱條件是：在80~90℃下加熱12~16小時(shí)。

9、所述鈷鹽包括cocl4·6h2o或co(no3)2·6h2o。

10、dut-67-co與鄰苯二腈的質(zhì)量比為5∶（3~4）；

11、制備copc-dut-67的加熱條件是：在180~200℃下加熱20~30min。

12、copc-dut-67與含有三氟甲基官能團(tuán)的芳香族或脂肪族羧酸的質(zhì)量比為（2~1）∶1；

13、制備copc-dut-67-f的加熱條件是：在80~90℃下加熱12~16小時(shí)。

14、所述含有三氟甲基官能團(tuán)的芳香族或脂肪族羧酸為對(duì)三氟甲基苯甲酸、4-(三氟甲基)煙酸、3-(三氟甲基)肉桂酸或全氟-3,5,5'-三甲基己酸。

15、所述dut-67的制備方法，具體為：

16、將鋯鹽與2,5-噻吩二羧酸溶于n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮的混合溶液中分散均勻，在100~120℃加熱70~75小時(shí)，干燥得到dut-67。

17、鋯鹽與2,5-噻吩二羧酸的質(zhì)量比為23∶（10~12）。

18、本發(fā)明還提供一種上述的制備方法制得的用于低壓co2電還原的催化劑。

19、本發(fā)明還提供上述用于低壓co2電還原的催化劑在低壓co2的環(huán)境中進(jìn)行co2電還原中應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

20、本發(fā)明提供的用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，本發(fā)明先通過在dut-67載體中引入鈷離子，再引入酞菁類化合物，鈷元素在反應(yīng)過程中與酞菁環(huán)上的氮原子發(fā)生配位作用，在dut-67載體上形成穩(wěn)定的鈷酞菁配合物，實(shí)現(xiàn)了鈷酞菁活性小分子的封裝，在增強(qiáng)活性中心耐久性的同時(shí)將均相催化劑多項(xiàng)化，有利于催化劑的分離、循環(huán)、再生；通過在dut-67載體上后修飾含三氟甲基的芳香族或脂肪族羧酸搭建載體孔道疏水微環(huán)境，降低了co2電還原過程中的競(jìng)爭(zhēng)析氫反應(yīng)，提高了co2到co的催化轉(zhuǎn)化效率。

21、本發(fā)明提供的用于低壓co2電還原的催化劑，在dut-67載體中封裝鈷酞菁活性小分子，將均相催化劑多相化；再發(fā)揮mof載體優(yōu)勢(shì)，通過疏水小分子修飾，在孔道中形成微觀疏水結(jié)構(gòu)，抑制低壓條件下還原端更易發(fā)生的析氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)在低壓條件下高效的co2電還原反應(yīng)。

22、本發(fā)明提供的用于低壓co2電還原的催化劑在低壓co2條件下能夠?qū)崿F(xiàn)高效co2電還原，從源頭減少co2分離成本，為煙道氣中co2的直接利用提供了解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，dut-67與鈷鹽的質(zhì)量比為（4~5）∶10；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈷鹽包括cocl4·6h2o或co(no3)2·6h2o。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，dut-67-co與鄰苯二腈的質(zhì)量比為5∶（3~4）；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，copc-dut-67與含有三氟甲基官能團(tuán)的芳香族或脂肪族羧酸的質(zhì)量比為（2~1）∶1；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，含有三氟甲基官能團(tuán)的芳香族或脂肪族羧酸為對(duì)三氟甲基苯甲酸、4-(三氟甲基)煙酸、3-(三氟甲基)肉桂酸或全氟-3,5,5'-三甲基己酸。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，所述dut-67的制備方法，具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于低壓co2電還原的催化劑的制備方法，其特征在于，鋯鹽與2,5-噻吩二羧酸的質(zhì)量比為23∶（10~12）。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的制備方法制得的用于低壓co2電還原的催化劑。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于低壓co2電還原的催化劑在低壓co2的環(huán)境中進(jìn)行co2電還原中應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于低壓CO<subgt;2</subgt;電還原的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DUT?67與鈷鹽溶于N,N?二甲基甲酰胺中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，再干燥得到DUT?67?Co；將DUT?67?Co與鄰苯二腈溶于N,N?二甲基甲酰胺中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，再干燥得到CoPc?DUT?67；將CoPc?DUT?67與對(duì)三氟甲基苯甲酸溶于甲醇中分散均勻，進(jìn)行加熱反應(yīng)，再干燥得到CoPc?DUT?67?F。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了金屬酞菁活性小分子的封裝，將均相催化劑多項(xiàng)化，有利于催化劑的分離、循環(huán)、再生；通過搭建MOF孔道疏水微環(huán)境降低了CO<subgt;2</subgt;電還原過程中的競(jìng)爭(zhēng)析氫反應(yīng)，提高了CO<subgt;2</subgt;到CO的催化轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王思源,雷嗣遠(yuǎn),王樂樂,孔凡海,何川,姚燕,鮑強(qiáng),羅彥佩,馬云龍,楊曉寧,楊宇航,劉健
受保護(hù)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