本申請涉及材料，尤其涉及一種量子點催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、電催化二氧化碳還原是一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用化學(xué)品的綠色能源技術(shù)。隨著全球能源需求的不斷增長和二氧化碳排放的不斷增加，尋找可持續(xù)的能源和減少溫室氣體排放成為當(dāng)今社會的迫切需求。電催化二氧化碳還原技術(shù)利用電流作為外部驅(qū)動力，通過催化劑促進二氧化碳分子的還原反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化學(xué)品，如甲烷、乙烯和甲醇等。在電催化二氧化碳還原過程中，催化劑起著至關(guān)重要的作用。一種有效的催化劑應(yīng)具備高的電化學(xué)活性、高的選擇性和穩(wěn)定性。目前，常用的催化劑包括貴金屬催化劑(如銅、銀和金)，過渡金屬催化劑(如鐵、鎳和鈷)以及金屬氧化物催化劑(如二氧化釩和氧化鐵)。這些催化劑能夠促進二氧化碳分子的還原反應(yīng)，同時盡可能地減少副反應(yīng)和催化劑的損失。此外，電催化二氧化碳還原技術(shù)還面臨著其他一些挑戰(zhàn)。首先，二氧化碳分子在水溶液中的溶解度較低，導(dǎo)致反應(yīng)的速率較慢。其次，二氧化碳還原反應(yīng)是一個多步反應(yīng)過程，其中涉及到多個中間產(chǎn)物和反應(yīng)路徑的競爭。因此，理解反應(yīng)機理和優(yōu)化催化劑設(shè)計是提高反應(yīng)效率和選擇性的關(guān)鍵。
2、總的來說，電催化二氧化碳還原技術(shù)是一種具有巨大潛力的綠色能源技術(shù)。迫切需要探索高效率的催化劑來實現(xiàn)高效、可持續(xù)的二氧化碳轉(zhuǎn)化，從而為解決能源和環(huán)境問題做出貢獻(xiàn)。
3、在電催化二氧化碳還原反應(yīng)的各類催化劑中，量子點催化劑因其具有大比表面積、高原子利用效率等優(yōu)點，在催化反應(yīng)中展現(xiàn)了諸多優(yōu)異性質(zhì)。雙金屬合金催化劑基于其晶格中兩個以上的元素互相作用形成金屬合金，而由于不同金屬元素之間的化學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)的不同，因此能夠表現(xiàn)出更加優(yōu)異的催化性能。然而，傳統(tǒng)量子點催化劑制備條件苛刻、復(fù)雜，極易導(dǎo)致其聚集、失活等，嚴(yán)重限制了量子點催化劑的實際應(yīng)用。
4、基于此，面對現(xiàn)有技術(shù)中的量子點催化劑存在或制備過程繁瑣、或極易聚集和失活，使其在應(yīng)用過程中催化性能較差，限制其應(yīng)用范圍的技術(shù)問題，急需提供一種量子點催化劑及其制備方法，以改善上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種量子點催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的量子點催化劑存在或制備過程繁瑣、或極易聚集和失活，使其在應(yīng)用過程中催化性能較差，限制其應(yīng)用范圍的技術(shù)問題。
2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種量子點催化劑，該量子點催化劑包括：石墨炔基體及包覆在石墨炔基體外表面上的金屬量子點，金屬量子點與石墨炔基體以化學(xué)鍵形式相連；其中，金屬量子點中的金屬為au-cu合金。
3、進一步地，金屬量子點形態(tài)為顆粒狀，其粒徑平均尺寸為4～12nm。
4、進一步地，石墨炔基體以碳纖維布為支撐材料，其在碳纖維布上生長得到。
5、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種量子點催化劑的制備方法，該制備方法包括：步驟s1，取六乙炔基苯、金屬催化劑及有機溶劑于含碳纖維布的反應(yīng)器皿中進行合成反應(yīng)，得到石墨炔基體；步驟s2，取石墨炔基體、還原劑、表面活性劑、含金屬化合物于去離子水中進行還原反應(yīng)，得到量子點催化劑。
6、進一步地，含金屬化合物為含金氯化物及含銅化合物；優(yōu)選含金氯化物選自aucl3、aucl、haucl4或haucl4·4h2o的一種或多種；更優(yōu)選含金氯化物為haucl4·4h2o。
7、進一步地，按重量百分比計，六乙炔基苯、含金氯化物與含銅化合物的質(zhì)量比為1:(0.01～0.1):(0.05～0.2)。
8、進一步地，含銅化合物為cucl2和/或cucl2·2h2o。
9、進一步地，按重量百分比計，含金氯化物與含銅化合物的重量比為(2～5):1。
10、進一步地，步驟s2中，還原反應(yīng)的反應(yīng)溫度為5～10℃，反應(yīng)時間為2～8h。
11、進一步地，還原劑為抗壞血酸。
12、進一步地，表面活性劑為十八烷基三甲基氯化銨。
13、進一步地，步驟s2中，還原劑的加入量占含金屬化合物的重量的6～20倍；優(yōu)選表面活性劑的加入量占含金屬化合物的重量的3～11倍。
14、進一步地，步驟s2中，還原反應(yīng)后，還需對還原產(chǎn)物依次進行洗滌及冷凍干燥處理，以得到量子點催化劑。
15、進一步地，洗滌溶劑為乙醇和水的混合溶液；優(yōu)選冷凍干燥的處理溫度為-80～-20℃，處理時間為12～48h。
16、進一步地，步驟s1中，碳纖維布由經(jīng)過預(yù)處理后的碳纖維布；優(yōu)選碳纖維布的預(yù)處理包括：取碳纖維布依次于乙醇、丙酮及去離子水中超聲洗滌后，于濃硝酸溶液中加熱后進行洗滌、烘干，得到預(yù)處理后的碳纖維布。
17、進一步地，步驟s1中，金屬催化劑選自銅箔和/或銅片。
18、進一步地，步驟s1中，有機溶劑選自乙酸乙酯、二氯甲烷或吡啶中的一種或多種。
19、進一步地，步驟s1中，合成反應(yīng)在避光條件下進行，反應(yīng)溫度為20～25℃，反應(yīng)時間為3～7天。
20、進一步地，步驟s1中，合成反應(yīng)后，還需要對合成后料依次進行一次洗滌、浸泡、二次洗滌及干燥處理，以得到石墨炔基體。
21、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種上述量子點催化劑，或者由上述量子點催化劑的制備方法得到的量子點催化劑在電解水制氫和/或電催化二氧化碳還原領(lǐng)域中的應(yīng)用。
22、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案、制備得到的量子點催化劑具有較高的比表面積，提高其催化活性位點，在應(yīng)用過程中表現(xiàn)出較優(yōu)的催化活性，綜合性能較優(yōu)。
1.一種量子點催化劑，其特征在于，所述量子點催化劑包括：石墨炔基體及包覆在所述石墨炔基體外表面上的金屬量子點，所述金屬量子點與所述石墨炔基體以化學(xué)鍵形式相連；其中，所述金屬量子點中的金屬為au-cu合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子點催化劑，其特征在于，所述金屬量子點形態(tài)為顆粒狀，其粒徑平均尺寸為4～12nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的量子點催化劑，其特征在于，所述石墨炔基體以碳纖維布為支撐材料，其在所述碳纖維布上生長得到。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述含金屬化合物為含金氯化物及含銅化合物；和/或
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，按重量百分比計，所述六乙炔基苯、所述含金氯化物與所述含銅化合物的質(zhì)量比為1:(0.01～0.1):(0.05～0.2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述含銅化合物為cucl2和/或cucl2·2h2o。
8.根據(jù)權(quán)利要求5值7中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，按重量百分比計，所述含金氯化物與所述含銅化合物的重量比為(2～5):1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述還原反應(yīng)的反應(yīng)溫度為5～10℃，反應(yīng)時間為2～8h。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述還原劑為抗壞血酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述表面活性劑為十八烷基三甲基氯化銨。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述還原劑的加入量占所述含金屬化合物的重量的6～20倍；和/或
13.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述還原反應(yīng)后，還需對還原產(chǎn)物依次進行洗滌及冷凍干燥處理，以得到所述量子點催化劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述洗滌溶劑為乙醇和水的混合溶液；和/或
15.根據(jù)權(quán)利要求4至14中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述碳纖維布由經(jīng)過預(yù)處理后的碳纖維布；和/或
16.根據(jù)權(quán)利要求4至15中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述金屬催化劑選自銅箔和/或銅片。
17.根據(jù)權(quán)利要求4至16中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述有機溶劑選自乙酸乙酯、二氯甲烷或吡啶中的一種或多種。
18.根據(jù)權(quán)利要求4至17中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述合成反應(yīng)在避光條件下進行，所述反應(yīng)溫度為20～25℃，反應(yīng)時間為3～7天。
19.根據(jù)權(quán)利要求4至18中任一項所述的量子點催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述合成反應(yīng)后，還需要對合成后料依次進行一次洗滌、浸泡、二次洗滌及干燥處理，以得到所述石墨炔基體。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的量子點催化劑，或者由權(quán)利要求4至19中任一項所述的量子點催化劑的制備方法得到的量子點催化劑，在電解水制氫和/或電催化二氧化碳還原領(lǐng)域中的應(yīng)用。