[发明专利]一种高选择性催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂材料的制备领域，特别涉及一种高选择性CO₂还原反应催化剂及其制备方法。

背景技术

能源短缺、CO₂排放造成的温室效应带来的环境危害等问题日益严重，利用太阳光将CO₂和水光催化还原成碳、氢等燃料是解决能源和环境问题的最有潜力的方法。该方法具有无污染、成本低且利用资源丰富的太阳能等优点，利用太阳能激发半导体可见光催化剂，并借助催化剂的催化活性将CO₂和水转化成甲醇、甲烷、一氧化碳等燃料资源，不仅可以解决全球变暖及化石燃料枯竭等问题，同时使得CO₂可以循环利用，是当前研究热点之一。

在CO₂还原光催化反应过程中，首先发生催化材料反应位点上吸附CO₂，然后进行光生电子-空穴与CO₂之间的转化过程。虽然多电子的质子-配对转移到CO₂在动力学上是较容易达到，发生反应需要很大的过电势才能发生，甚至在催化剂条件下也很难达到。热力学上CO₂十分稳定，而且以CO₂为原料产生的反应物均为其还原产物，完成这种转化的唯一条件是将极高的能量输入给CO₂。CO₂还原过程中的另一个难题就是选择性，还原CO₂会生成CO、甲酸、甲醛、甲醇、甲烷或其他碳氢化合物，有目的的形成单一产物，还需要进行探索和研究。

金属有机框架材料作为一种新型的功能化、多孔、晶态复杂化合物，具有框架结构、超高孔隙率、巨大的内比表面积、结构多样易调节等特点，已有证据证明其高孔隙率可以有助于捕获CO₂分子，清洁空气，保护环境。

因此，利用地球丰储材料过渡族金属开发一种具有大量孔隙的金属有机晶态材料作为CO₂还原催化剂，可以捕获吸附更多的CO₂分子，不仅减少CO₂排放量，还可以生成有用的CO等，可用于高能效CO₂还原设备，对我国环境领域和能源领域的高速发展具有十分重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高选择性CO₂还原反应催化剂及其制备方法，使催化剂在获得高催化活性的同时，还具有较好的选择性。

本发明的原理在于：采用Ni(NO₃)₂作为前驱体，苯二甲酸(TPA)作为连接剂，溶解在N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)中，在微波化学合成仪中进行微波化学合成，同时磁力搅拌，获得含有超高孔隙率的晶态复杂化合物催化剂。该催化剂与传统的化学合成方法制备的催化剂结构不同，传统的化学合成方法制备的催化剂中孔隙很少；本发明方法制备的催化剂中，由于采用TPA作为连接剂，制备过程中微波辐照形成具有大量孔隙，是含有C-O基、C-H基、-NO2基和C-C基团的Ni氢氧化物的复杂化合物，有利于CO₂的吸附及扩散或穿过其中的空位到达更多的还原活性金属离子位，具有高的活性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高活性催化剂，由微波化学合成方法制成，该催化剂是由过渡族金属镍和氢、氧、碳、氮组成的复杂氢氧化物。

所述催化剂通过以下步骤制备：

采用Ni(NO₃)₂和苯二甲酸(TPA)的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)溶液在微波化学合成仪中进行液相化学合成反应，清洗、离心分离、干燥。

所述催化剂粉末为含有C-O基、C-H基、-NO₂基和C-C基团的Ni氢氧化物的晶态复杂化合物。

一种所述的高活性催化剂的制备方法，包括如下步骤：

采用Ni(NO₃)₂和苯二甲酸(TPA)的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)溶液在微波化学合成仪中进行液相化学合成反应，清洗、离心分离、干燥。