[发明专利]一种纳米反应器、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种纳米反应器，其特征在于，

所述纳米反应器微观形貌为截半立方八面体结构；

所述纳米反应器包括碳载体和活性组分，活性组分包括活性元素Cu；

所述碳载体负载的活性位点同时包含Cu-N₄、Cu₂O、Cu；

所述纳米反应器中的Cu-N₄、Cu₂O和Cu的数量比为：8：7：1~5：10：3；

所述Cu-N₄呈原子级分散；

所述Cu₂O粒径为5~8nm；

所述Cu的粒径为5~200nm；

所述纳米反应器整体尺寸为500~800 nm；

所述纳米反应器的比表面积为32.0~54.0m²/g。

2.根据权利要求1所述的纳米反应器，其特征在于，

所述纳米反应器中，Cu元素的含量为12wt%，O元素的含量为25 wt%，N元素的含量为2wt%，以元素自身的重量计；

所述纳米反应器中，碳载体的含量为61wt%，以碳元素的质量计。

3.一种权利要求1~2任一项所述的纳米反应器的制备方法，其特征在于，

将氮源、铜源、含氧的碳源混合获得金属有机框架前驱体材料，煅烧获得所述纳米反应器；

所述含氧的碳源选自1,3,5-均苯三甲酸、对苯二甲酸中至少一种；

所述氮源选自三乙胺、乙二胺中至少一种；

所述铜源选自五水硫酸铜、三水合硝酸铜、二水合氯化铜中至少一种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述将氮源、铜源、含氧的碳源混合获得金属有机框架前驱体材料的方法包括：

（1）将含氧的碳源与氮源溶液混合，反应、干燥后，与醇类溶液混合获得混合溶液A；

（2）将混合溶液A与含有铜源的混合溶液B中混合、超声反应、洗涤，干燥后获得金属有机框架前驱体材料；

所述混合溶液B由含有铜源的溶液与乙醇溶液混合获得。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，

所述氮源溶液中，溶剂选自水、乙醇、甲醇中的一种；

所述氮源溶液中氮源的浓度为2~30%；

所述含氧的碳源与氮源溶液的质量体积比为21:100~100:100g/ml；

所述醇类溶液选自乙醇、甲醇、苯甲醇、异丙醇中的至少一种；

所述醇类溶液的浓度为30%~70%；

所述氮源溶液与醇类溶液的体积比为1:25~1:50；

步骤（1）的反应时间为5~30min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，

所述含有铜源的溶液中铜的浓度为0.1~0.5mol/L；

所述乙醇溶液中，乙醇和水的体积比为1:1~3:1。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述含有铜源的溶液与混合溶液A的体积比为3:2。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

所述煅烧在非活性气氛条件下进行；

所述非活性气氛选自氮气、氩气中至少一种；

所述煅烧温度为310~400 ℃，升温速率为2~5 ℃/min；

所述非活性气氛中，气体流速为20~50 ml/min。

9.一种纳米反应器在电催化二氧化碳还原的应用，其特征在于，所述纳米反应器为权利要求1~2任一项所述的纳米反应器或根据权利要求3~8任一项所述的制备方法制备获得的纳米反应器；

所述应用还包括纳米反应器的预处理；所述预处理的条件为在CO₂氛围下进行电化学伏安循环10~20圈，电位区间为0~-0.9 V vs. RHE；

所述纳米反应器负载在工作电极上，所述纳米反应器负载量为120~360μg cm^-2。