一种基于疏水金属有机框架的CO2还原电催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及催化剂，具体涉及一种基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、电催化还原co2（co2rr）是实现碳循环与绿色能源转化的核心技术之一，其性能高度依赖催化材料的表面界面特性。近年来，通过调控材料亲疏水状态优化co2传质与反应动力学，已成为该领域的研究热点。现有研究普遍聚焦于表面亲疏水特性对液-固界面co2传质的调控，却忽略了疏水界面下水蒸气参与的气-固反应路径这一关键过程，也鲜少关注水蒸气与co2在活性位点的竞争行为对产物选择性的深层影响。

2、现有技术中，液-固界面co2传质存在以下缺点：

3、1.技术方面：目前电催化co2还原领域，液-固界面下co2溶解度低、传质阻力大，且水相中的h2o会持续引发析氢副反应（her），导致碳基产物选择性不足，难以实现定向调控。

4、2.成本方面：多数高性能催化剂依赖贵金属（如au、ag）或复杂合成工艺（如多步掺杂、模板法）规模化生产难度大。工业级电解槽还需配套co2纯化、电解液循环、热管理等复杂系统，且催化剂快速失活导致频繁更换，进一步推高了运行成本。

5、3.效率方面：液-固界面下co2传质速率慢，活性位点易出现co2匮乏，限制了反应电流密度的提升。且为克服反应能垒需施加较高过电位，且her等副反应消耗大量电能，从而导致系统整体额能量效率偏低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂及其制备方法与应用，以解决现有方法存在的技术、成本和效率问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂的制备方法，采用酸酐对金属有机框架进行修饰，所述金属有机框架与酸酐的摩尔比为1：（0.1-5）。

4、优选的，所述酸酐包括己酸酐、庚酸酐、辛酸酐。

5、优选的，所述酸酐为己酸酐，所述金属有机框架为nh2-mil-68。

6、优选的，具体包括以下步骤：

7、1）mn-68(in)的制备：称取4.5水硝酸铟、h2bdc-nh2和n,n-二甲基甲酰胺至反应釜中，搅拌直至变为澄清溶液，在125 ℃中反应5 h直至冷却至室温，离心，干燥得到黄色粉末；

8、2）己酸酐修饰：称取mn-68(in)于反应管中，油浴150 ℃真空活化5 h，活化后冷却至室温，随后加入乙腈和己酸酐，然后80 ℃反应24 h，待反应结束冷却至室温，离心，干燥得到淡黄色粉末。

9、本发明的有益效果为：

10、1.技术方面：通过调控己酸酐修饰量，构建了稳定的气-固反应界面，使co2直接从气相吸附至活性位点，彻底解决了液-固界面的传质瓶颈。同时气-固界面减少了电解液与催化剂的直接接触，有效缓解了金属有机框架（mof）的溶解风险，提升了催化剂的长期稳定性。

11、2.成本方面：仅通过一步酰化反应即可实现己酸酐对nh2-in-mof的修饰，无需复杂设备或贵重原料，大幅降低了催化剂的制备成本，具备规模化生产潜力。气-固界面的构建减少了电解液的使用量，且抑制水蒸气后催化剂稳定性提升，可降低系统运维与催化剂更换成本。

12、3.效率方面：有效控制了电催化co2rr中her的调控，对水蒸气的抑制减少了界面水相的动态变化，有助于维持催化剂表面结构与反应环境的稳定性，从而缓解性能衰减；抑制水蒸气后her被显著削弱，减少了无效的能量损耗；同时气-固界面降低了co2活化能垒，减少了过电位需求，从而提升了能量转化效率。

1.一种基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂的制备方法，其特征在于，采用酸酐对金属有机框架进行修饰，所述金属有机框架与酸酐的摩尔比为1：（0.1-5）。

2.根据权利要求1所述的基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸酐包括己酸酐、庚酸酐、辛酸酐。

3.根据权利要求1所述的基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸酐为己酸酐，所述金属有机框架为nh2-mil-68。

4.根据权利要求3所述的基于疏水金属有机框架的co2还原电催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

5.权利要求1-4任一所述方法制备得到的催化剂。

6.权利要求5所述的催化剂在电催化还原co2中的应用。