一种铜铟双金属有机框架催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：43696131 阅读：2 留言：0更新日期：2024-12-18 21:11

本发明专利技术提供一种铜铟双金属有机框架催化剂及其制备方法和应用，铜铟双金属有机框架催化剂包括：泡沫铜基底、铜铟双金属有机框架，铜铟双金属有机框架为纳米柱或者纳米颗粒，铜铟双金属有机框架分布在泡沫铜基底的表面上。该催化剂利用泡沫铜基底生长铜铟双金属有机框架，并利用纳米级的铜铟双金属有机框架有效促进反应向生成甲烷的方向进行，解决了现有铜基催化剂产物选择性差的问题，有效的提升了甲烷的生成率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二氧化碳电还原催化，具体而言，涉及一种铜铟双金属有机框架催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、随着温室效应对生态环境的影响日益显现，人们对温室效应也逐渐重视起来，其中二氧化碳是引起温室效应的主要原因。电催化还原二氧化碳是目前普遍认为有效的一种将大气中过量的二氧化碳转化为工业原料和燃料的手段。二氧化碳电还原反应的产物包括一氧化碳、甲酸、甲醇、甲烷等一碳化合物，乙烯、乙醇、乙二醇、乙酸、乙二酸等二碳化合物，甚至还包括丙烯、正丙醇、丙醛、丙酮等三碳化合物。虽然二氧化碳电还原的产物种类繁多，但是二氧化碳电还原依然有反应速度慢、转化率低、选择性差等问题需要解决。

2、目前，将二氧化碳电还原成甲烷已经受到广泛的研究，但是由于在电还原过程中涉及到8个电子和8个质子的转移，反应路径仍具有很大的挑战性。另一方面，铜被认为是将二氧化碳转化为甲烷的有效元素，然而目前铜基催化剂仍然面临着高过电位，以及产物选择性差等问题，仍不能令人满意。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种铜铟双金属有机框架催化剂，该催化剂利用泡沫铜基底生长铜铟双金属有机框架，并利用纳米级的铜铟双金属有机框架有效促进反应向生成甲烷的方向进行，解决了现有铜基催化剂产物选择性差的问题，有效的提升了甲烷的生成率。

2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种铜铟双金属有机框架催化剂，包括：泡沫铜基底、铜铟双金属有机框架，铜铟双金属有机框架为纳米柱或者纳米颗粒，铜铟双金属有机框架分布在泡沫铜基底的表面上。</p>

3、本案中，铜铟双金属有机框架催化剂分为泡沫铜基底、铜铟双金属有机框架两个部分，泡沫铜基底的设置能够使铜铟双金属有机框架茂密的生长，且铜铟双金属有机框架呈纳米形态，表面上承载有更多的铜、铟离子，从而有效的提升二氧化碳电还原生成甲烷的生成率，促进反应的进行。

4、在优选或可选地实施方式中，铜铟双金属有机框架为纳米柱，且铜铟双金属有机框架的长度为50nm-200nm、直径为10nm-50nm。

5、在优选或可选地实施方式中，铜铟双金属有机框架中采用含氮的有机配体。

6、本专利技术还提供一种铜铟双金属有机框架催化剂的制备方法，包括：

7、s100：将质量份之比为(0.01-8.85)：(0.01-9.55)：(4000-4200)的三氯化铟、二水合氯化铜、去离子水混合，得到第一混合料；

8、s200：将质量份之比为(20-24)：(4000-4200)的2-甲基咪唑、去离子水混合，得到第二混合料；

9、s300：将质量份之比为(10-12)：(9-11)的第一混合料和第二混合料混合，超声搅拌，得到第三混合料；

10、s400：将第三混合料投入到反应釜中，并加入泡沫铜，然后进行水热反应，反应后取出泡沫铜，清洗、干燥后，得到铜铟双金属有机框架催化剂。

11、本案中，通过上述方法能够简单、快速的制备得到铜铟双金属有机框架催化剂，步骤简单高效，便于铜铟双金属有机框架催化剂的工业化生产。

12、在优选或可选地实施方式中，s300中，第一混合料和第二混合料混合后先用磁力搅拌仪以600r/min-800r/min的速度拌15min-25min，然后超声搅拌15min-25min。

13、在优选或可选地实施方式中，s400中，反应釜的内衬采用聚四氟乙烯材料制成。

14、在优选或可选地实施方式中，s400中，泡沫铜的长为1.5cm-5cm、宽为1.5cm-5cm，泡沫铜的厚度为0.2mm-20mm。

15、在优选或可选地实施方式中，s400中，控制水热反应的反应温度为55℃-70℃、反应时间为20h-30h。

16、本专利技术还提供一种上述铜铟双金属有机框架催化剂的应用，将铜铟双金属有机框架催化剂用于催化二氧化碳电还原生成甲烷。

17、本案中，将上述铜铟双金属有机框架催化剂应用于二氧化碳电还原生成甲烷的反应中，能够有效催化反应向生成甲烷的方向进行，提升了甲烷的生成率。

18、在优选或可选地实施方式中，在-1.54v(vs.rhe)电压条件下，铜铟双金属有机框架催化剂的总电流密度超过200ma/cm2。

19、综上所述，本专利技术具有以下有益效果：

20、(1)本专利技术的铜铟双金属有机框架催化剂能够有效的促进二氧化碳电还原的反应向生成甲烷的方向进行，显著抑制氢气的生成，同时，本专利技术的铜铟双金属有机框架催化剂具有良好的催化活性，其总电流密度原大于常规的单铜、单铟的催化剂，甲烷的法拉第效率和总碳产物的法拉第效率均较高；

21、(2)本专利技术的铜铟双金属有机框架催化剂能够提高催化作用的原理是还原电位下，两个铜位点由于距离较远无法发生耦合反应，形成的碳氢中间体会与距离更近的铟位点上所提供的氢离子结合，从而生成甲烷产物。

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【技术保护点】

1.一种铜铟双金属有机框架催化剂，其特征在于，包括：泡沫铜基底、铜铟双金属有机框架，所述铜铟双金属有机框架为纳米柱或者纳米颗粒，所述铜铟双金属有机框架分布在所述泡沫铜基底的表面上。

2.根据权利要求1所述的铜铟双金属有机框架催化剂，其特征在于，所述铜铟双金属有机框架为纳米柱，且所述铜铟双金属有机框架的长度为50nm-200nm、直径为10nm-50nm。

3.根据权利要求1所述的铜铟双金属有机框架催化剂，其特征在于，所述铜铟双金属有机框架中采用含氮的有机配体。

4.一种铜铟双金属有机框架催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S300中，所述第一混合料和所述第二混合料混合后先用磁力搅拌仪以600r/min-800r/min的速度搅拌15min-25min，然后超声搅拌15min-25min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S400中，所述反应釜的内衬采用聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S400中，所述泡

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S400中，控制所述水热反应的反应温度为55℃-70℃、反应时间为20h-30h。

9.一种如权利要求1-4任一项所述的铜铟双金属有机框架催化剂的应用，其特征在于，将所述铜铟双金属有机框架催化剂用于催化二氧化碳电还原生成甲烷。

10.根据权利要求9所述的铜铟双金属有机框架催化剂的应用，其特征在于，在-1.54V(vs.RHE)电压条件下，所述铜铟双金属有机框架催化剂的总电流密度超过200mA/cm2。

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的铜铟双金属有机框架催化剂，其特征在于，所述铜铟双金属有机框架中采用含氮的有机配体。

4.一种铜铟双金属有机框架催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述s300中，所述第一混合料和所述第二混合料混合后先用磁力搅拌仪以600r/min-800r/min的速度搅拌15min-25min，然后超声搅拌15min-25m...

【专利技术属性】
技术研发人员：文国斌，陈逸明，任博华，王加义，王新，陈忠伟，
申请(专利权)人：浙江万里学院，
类型：发明
国别省市：

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