一种脉冲电流增强MOF基催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于大气污染物控制的催化材料，特别涉及一种脉冲电流增强mof基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、co2的储存与高效转化利用技术显得尤为重要，它们不仅是减缓气候变化的关键手段，也是推动新能源产业发展的重要方向。

2、电能作为一种稳定易得的能源，通过电驱动实现co2的催化转化有巨大的发展潜力。不仅能够将这一温室气体转化为有价值的化学品或燃料，还能实现能源的储存与转化过程的零排放，对于构建低碳循环经济体系具有重要意义。然而，当前co2电还原技术的发展仍面临诸多瓶颈，其中最为突出的是产物分布的限制。

3、目前，co2电还原产物主要集中在co、甲烷等这些附加值不高的单碳产物，为了实现co2资源的高值化利用，科学家们致力于探索能够促进c-c键耦合的催化体系，以期获得具有更高价值的二碳，乃至多碳产品。

4、铜基催化剂被认为是实现co2到多碳产物转化的有效途径之一，但其在实际应用中仍面临着严峻的挑战。首先，cu基催化剂的产物选择性较差，即在同一反应条件下往往同时生成多种产物，难以高效定向合成目标产物；其次，cu基催化剂的活性有待提高，以满足工业化生产对效率和产量的要求。因此，如何设计和优化cu基催化剂，以提高其对特定多碳产物的选择性和催化活性，成为当前co2电还原领域亟待解决的关键科学问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种脉冲电流增强mof基催化剂及其制备方法和应用，解决了cu基催化剂进行co2电还原至多碳产物时面临的产物选择性差，活性低的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，包括：

4、将铜盐与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、将cu-tcpp溶于dmf和乙醇的混合溶液中得到b溶液；

6、将a溶液与b溶液分散均匀，加热干燥得到pml-cu；

7、在惰性气氛条件下，将pml-cu煅烧得到pml-cunps；

8、在惰性气氛条件下，利用脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps。

9、所述铜盐、聚乙烯吡咯烷酮与cu-tcpp的质量比为（20-25）∶100∶（45-50）。

10、所述铜盐为cu(no3)2·3h2o或cucl2·2h2o。

11、所述将a溶液与b溶液分散均匀，加热干燥得到pml-cu，具体为：

12、a溶液与b溶液混合分散均匀，在80~100℃烘箱加热8~10小时。

13、所述在惰性气体中，将pml-cu煅烧得到pml-cunps，具体为：

14、在惰性气体中，将pml-cu在250~280℃的温度下煅烧2~3小时得到pml-cunps。

15、利用脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps，具体为：

16、将pml-cunps用易挥发溶剂分散后涂覆在工作电极上，惰性气氛条件下，利用三电极体系，在电解液中，通过脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps。

17、所述通过脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps，具体为：

18、利用下限-0.5v和上限+1v的脉冲电流，从负电位开始每隔1s脉冲一次，对pml-cunps进行30s的脉冲处理，得到pulse-pml-cunps。

19、所述电解液为0.1~0.2mol/l的khco3溶液。

20、本发明还提供一种上述的制备方法制得的脉冲电流增强mof基催化剂。

21、本发明还提供上述的脉冲电流增强mof基催化剂在co2电还原领域应用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、本发明提供一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，本方法通过节点金属原位还原的方法，在二维mof基材料cu-tcpp中原位生成活性中心，不用外引活性位点，操作方便。合成的二维mof基电催化剂pml-cunps具有单原子层结构，能实现传质速率最大化，大大提高了反应速率；本发明还通过脉冲电流的方法改变活性中心表面状态，改变cu纳米颗粒表面粗糙度和价态，增强了co2电还原到多碳产物的反应选择性，实现了产物高选择性到乙烯的结果。

24、本发明提供的脉冲电流增强mof基催化剂，通过脉冲电流处理，在氧化电位条件下cunps表面会被部分氧化，在还原电位下又出现部分还原，多次脉冲后cunps机会呈现氧化态和还原态cu的不均匀分布，使得催化剂表面粗糙度增加同时增加氧化态cu的分布比例，有研究表明氧化态的cu更加有利于多碳产物的产生。

25、通过本发明制备的催化剂用于co2电还原至多碳产物的催化反应，在最优电位下乙烯的法拉第效率达到28.8%，含碳产物法拉第效率达到50%以上。

技术特征：

1.一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐、聚乙烯吡咯烷酮与cu-tcpp的质量比为（20-25）∶100∶（45-50）。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐为cu(no3)2·3h2o或cucl2·2h2o。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述将a溶液与b溶液分散均匀，加热干燥得到pml-cu，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述在惰性气体中，将pml-cu煅烧得到pml-cunps，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，利用脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps，具体为：

7.根据权利要求6所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述通过脉冲电流对pml-cunps进行处理得到pulse-pml-cunps，具体为：

8.根据权利要求6所述的一种脉冲电流增强mof基催化剂的制备方法，其特征在于，所述电解液为0.1~0.2mol/l的khco3溶液。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得的脉冲电流增强mof基催化剂。

10.根据权利要求9所述的脉冲电流增强mof基催化剂在co2电还原领域应用。

技术总结
本发明公开了一种脉冲电流增强MOF基催化剂及其制备方法和应用，属于大气污染物控制的催化材料领域。本发明将铜盐与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；将Cu‑TCPP溶于DMF和乙醇的混合溶液；再将上述溶液混合分散均匀，加热干燥得到PML‑Cu；取PML‑Cu在惰性气体中煅烧得到PML‑CuNPs；利用脉冲电流对PML‑CuNPs进行处理得到Pulse‑PML‑CuNPs。本方法通过节点金属原位还原的方法，在二维MOF基材料Cu‑TCPP中原位生成活性中心，合成的二维MOF基电催化剂PML‑CuNPs具有单原子层结构，能实现传质速率最大化；本发明还通过脉冲电流的方法改变活性中心表面状态，改变Cu纳米颗粒表面粗糙度和价态，增强了CO<subgt;2</subgt;电还原到多碳产物的反应效率。

技术研发人员：王思源,雷嗣远,王乐乐,陈宝康,何川,姚燕,鲍强,罗彦佩,马云龙,杨晓宁,杨宇航,刘健
受保护的技术使用者：苏州西热节能环保技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6