【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳转化，尤指一种电催化co2还原制co的催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、二氧化碳的利用对碳循环和可再生经济的发展至关重要，其催化转化引起了广泛关注。其中，电催化二氧化碳co2还原反应(co2rr)能够利用可再生电能将co2还原成高附加值化学品或燃料，被认为是转化可再生能源和解决环境危机的一种有效途径。一氧化碳(co)作为一种重要的化工原料，在费托合成等化工过程中起着极其重要的作用。因此，通过电化学还原co2生产co并通过后续工业过程制备高附加值化学品和燃料是目前实现碳中和目标的最可行途径之一，具有重要的战略意义。但是，电化学催化剂通常面临着过电势高、产物选择性低、副产物氢气释放量高以及电化学稳定性差等问题，严重阻碍了co2rr领域的发展。目前，获得在较宽的偏压范围内兼具较高的电流密度和co法拉第效率的催化剂还是非常具有挑战性的。
2、因此，寻找一种高活性且能够具备高co法拉第效率的电催化co2还原催化剂对于二氧化碳的应用转化非常重要。目前，关于co2rr制co的催化剂主要集中于金属基催化剂，具体包括纳米金属、纳米金属氧化物和单原子催化剂等，其中金属-氮-碳(m-n-c)材料作为一种新型催化剂，在co2电化学还原中表现出较为优异的催化活性。基于该材料的研究工作主要通过改变组成、形貌和金属原子的配位结构来调整其本征活性和选择性。然而，这些材料在较高的偏压下her副反应严重、co吸附较强，导致其无法维持较高的co法拉第效率。所以，有必要开发出高电流密度、高co法拉第效率和宽偏压范围的电催化co
技术实现思路
1、针对现有技术中电催化co2还原制co催化剂存在无法兼备高电流密度、高co法拉第效率和偏电压区间窄的问题，本专利技术的目的在于提供一种电催化co2还原制co的催化剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的催化剂通过引入主族金属调控过渡金属fe的电子性质以实现活性组分间的d-p杂化效应和协同作用，本专利技术制备所得到的催化剂在电催化co2还原制co过程中，电流密度最大可达40ma/cm2，co法拉第效率最高可达95％，且在-0.4～-0.9v vs.rhe宽偏压区间内co法拉第效率≥80％。
2、根据本专利技术的第一方面，提供一种电催化co2还原制co的催化剂，所述催化剂的活性组分包括fe和m，其中，m为bi、ga、in、te及sn中的一种或几种；所述fe和m的摩尔比为1：(0.5～2)。
3、作为优选方案，所述催化剂还包括氮掺杂碳基底，所述活性组分均匀分散在氮掺杂碳基底的表面或孔隙中，并与掺杂的氮原子通过配位键结合。
4、根据本专利技术的第二方面，进一步提供一种电催化co2还原制co的催化剂的制备方法，具体步骤为：
5、按照所述催化剂的组分配比，量取含zn、fe和m的金属盐配制成混合盐溶液，称取金属有机配体和添加剂配制成配体溶液；
6、在搅拌状态下，将所述混合盐溶液滴加至所述配体溶液中进行反应得到反应混合物，对所述反应混合物进行老化；
7、老化结束的所述反应混合物经洗涤、烘干与研磨得到zif-8基前驱体；
8、将所述zif-8基前驱体置于惰性气氛下焙烧后得到所述催化剂。
9、作为优选方案，所述的含zn的金属盐为硝酸锌；含fe的金属盐为硝酸铁、乙酰丙酮铁及氯化铁中的一种或几种混合物；含m的金属盐为硝酸盐、乙酰丙酮盐及氯化盐中的一种或几种混合物；和/或，
10、所述金属有机配体为2-甲基咪唑；和/或，
11、所述添加剂为三乙胺、苄胺中的一种或几种混合物。
12、作为优选方案，所述反应的反应温度为20～35℃；所述老化的温度为20～35℃，时间为10～16h；和/或，
13、所述洗涤的溶剂为水、无水甲醇、无水乙醇中的一种或几种混合物，洗涤次数为3～4次；所述烘干的温度为60℃，时间为12h；和/或，
14、所述焙烧的温度为900～1000℃，时间为1～4h。
15、根据本专利技术的第三方面，进一步提供一种电催化co2还原制co的催化剂的应用，以fe、m的一种或多种金属负载的氮掺杂碳(fe、m-nc)作为催化剂制备工作电极，进行电催化co2还原制co反应。
16、作为优选方案，所述催化剂制作工作电极的方法为：
17、将fe、m-nc催化剂材料与无水乙醇、nafion溶液混合并超声分散后得到混合溶液，再涂于碳材料上干燥，即可形成工作电极。
18、作为优选方案，采用5％nafion溶液，所述无水乙醇与5％nafion溶液的体积比为49：1；和/或，
19、所述碳材料经过20％ptfe预处理。
20、本专利技术采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
21、1.本专利技术提供的一种电催化co2还原制co的催化剂，其活性组分包括fe和主族金属m，fe具有较强的co2电催化能力，但其d轨道与co*物种的吸附作用较强，导致实际的co电流密度较低，而主族金属m的d轨道全充满，只存在未充满的p轨道，与中间物种co*的吸附较弱，co易于脱附，并且其也有co2电催化能力，fe与主族金属m通过d-p杂化效应相结合，可改善二者电子性质，进一步提高co2的活化能力，同时促进中间物种co*脱附，提高co法拉第效率，通过调节各活性组分的比例实现各活性组分间的高效协同作用，显著提高电催化co2还原的电流密度和co法拉第效率；
22、2.本专利技术提供的一种电催化co2还原制co的催化剂的制备方法，通过制备zif-8基前驱体并焙烧得到所述催化剂，可以生成含有所需金属组分的纳米结构催化剂，该催化剂的原子结构稳定，活性组分分散均匀，在电催化co2还原过程中稳定性好；同时制备工艺简单，原料价廉易得，收率高，易于大规模工业化生产；
23、3.本专利技术提供的一种电催化co2还原制co的催化剂的应用，使用fe、m-nc作为催化剂制备工作电极，实现了高效率的电催化；通过将催化剂材料与无水乙醇、nafion溶液混合并超声分散，然后涂覆在碳纸上，即可形成工作电极，操作简便。
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1.一种电催化CO2还原制CO的催化剂，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，
3.一种电催化CO2还原制CO的催化剂的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
6.一种电催化CO2还原制CO的催化剂的应用，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种电催化co2还原制co的催化剂，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，
3.一种电催化co2还原制co的催化剂的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙启文，韩宇佳，孙燕，张宗森，岳建平，董良，颜芳，
申请(专利权)人：山东能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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