[发明专利]一种高效催化CO2

说明书

一种高效催化CO₂还原的M₁M₂‑双齿配体/COF‑5双原子催化剂及其制备方法，该方法涉及到原位自组装法和高温退火简单的二步法，以共价有机框架COF‑5材料为载体，利用原位自组装法在液相中将双金属离子原位负载在COF‑5材料中，得到金属化的M₁M₂‑双齿配体/COF‑5材料，最后通过在惰性气体下高温煅烧退火，得到呈原子级分散的双原子催化剂，具有双金属活性中心，其中稀土金属元素M₁作为光学活性中心，用于调控COF‑5催化载体的光学特性，增加对光的利用率；过渡金属元素M₂作为催化活性中心，为COF‑5提供CO₂还原的活性位点，提高催化活性，合成方法简单、易操作，更是具有光催化CO₂还原的高效性能和良好稳定性，为高效双原子催化剂的设计与合成提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及催化CO₂还原催化剂及其制备方法，尤其涉及一种高效催化CO₂还原的M₁M₂-双齿配体/COF-5双原子催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化还原二氧化碳(CO₂)是一种以丰富的太阳能为驱动力，利用半导体材料为光催化剂，将CO₂转化为高附加值的碳氢燃料(如CO、CH₄、HCHO和CH₃OH等)，在实现碳中和的同时，不仅能够缓解地球的温室效应，而且能够解决能源危机的问题，是一种极具发展前景的CO₂处理技术。然而，CO₂分子稳定，光催化CO₂还原面临着低效、缓慢的问题。大部分光催化剂体系受限于催化剂内部光生载流子的严重复合、催化剂表面有限的活性位点以及循环光稳定性差等诸多问题，导致光催化还原CO₂效率远低于实际应用需求。因此迫切需要寻求一种高效稳定的光催化剂来实现CO₂的高效光催化还原。

双原子位点催化剂(DACs)因其独特的双原子位点和电子特性，其中相邻金属原子位点间的协同效应和叠加效应不但可以提高催化活性，同时增加金属的负载率，因此成为多相催化领域的前沿领域。目前发展多位点的双原子催化剂不仅可以实现高效的催化活性，而且有利于从原子尺度上探究在催化反应中的原子协同作用机制。然而，由于在实验上难以实现原子精确分布，同时在原子尺度上对于催化位点的协同作用的理解依然不足，因此双原子催化剂的应用仍然非常有限。

作为一类新兴的结晶多孔材料，共价有机骨架(COFs)材料具有大的孔隙率和高的比表面积。特别地，与金属有机骨架(MOFs)和共轭微孔聚合物等其他多孔材料相比，COFs具有优越的CO₂捕获能力、高可见光吸收能力和易功能化修饰等特征，使其成为理想的光催化CO₂还原载体材料。然而，与MOFs相比，COFs缺乏暴露的金属活性位点，这对于CO₂分子的活化作用至关重要。因此，使用COFs作为催化载体来锚定双金属位点，利用双原子协同效应对其进行功能化修饰，有望为高效双原子催化剂的设计与开发提供新的思路。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高效催化CO₂还原的M₁M₂-双齿配体/COF-5双原子催化剂，具有光催化CO₂还原的高效性能和稳定性，可实际运用于生产CO和CH₄等碳氢燃料。

本发明的目的之二是提供一种高效催化CO₂还原的M₁M₂-双齿配体/COF-5双原子催化剂的制备方法，单体原料成本低、方法简单、易操作、重现性好，符合绿色生产要求。

本发明实现目的之一所采用的方案是：