CO2是引起温室效应的主要气体之一,所以电化学还原CO2,不仅能够有效地缓解温室效应,还可以变废为宝,得到多种有商业应用价值的化合物,如乙醇、乙烯、正丙醇(三者简称为C2-C3产物)和CO等。因此研究电化学还原CO2制备小分子化合物,具有非常重要的意义。但是目前研究表明,大多数的催化剂电催化还原CO2的活性和稳定性明显不足,选择性也有待改进,所以电还原CO2面临的最大挑战是对催化剂的设计和改性,设计出具有高效率、高稳定性、高选择性的催化剂。铜基催化剂因为其价格低廉且可以催化生成CO、碳氢产物和醇类,受到广泛关注,尤其是Cu/Cu20类催化剂,对C2产物具有高选择性的优点。而金属有机框架(MOF)具有规则的结构,还原后有利于获得大小均一的Cu/Cu20颗粒。因此本论文的主要研究工作是采用简便的MOF衍生策略,得到催化剂,并将其应用到电催化还原C02反应中。具体的实验研究如下:(1)MOF-199@还原氧化石墨烯(MOF-199@rGO)复合材料衍生的Cu/Cu20@rGO材料在电催化还原CO2中的应用水热合成法制备MOF-199@rGO材料,并对其进行了 SEM、FT-IR和XRD等表征。后以MOF-199@rGO为前驱体,采用电还原的方法获得Cu/Cu20@rGO材料,并对其进行了 SEM、TEM、FT-IR和XRD等表征。涂覆Cu/Cu20@rGO材料的碳纸作为工作电极,铂片作为对电极和饱和甘汞作为参比电极组成的标准三电极体系进行恒电位电解实验。经检测,还原产物为乙醇、乙烯和正丙醇。重点考察材料的种类和电解电位对电催化还原C02反应的影响。研究发现Cu/Cu20@rGO材料在-1.9 V vs.RHE时,催化产生C2-C3产物的法拉第电流效率(FE)达到54%,电流密度为17.7 mA/cm2,其电流密度是MOF-199衍生的Cu/Cu20材料的1.9倍。与此同时,生成H2的电流密度仅为Cu/Cu20材料的0.5倍。说明rGO和Cu/Cu20的结合有利于催化生成C2-C3产物,且抑制析氢反应。但是材料仅能稳定电解50 min,催化稳定性有待提高。(2)MOF-199和氮掺石墨烯(NG)衍生的Cu/Cu20@NG材料在电催化还原CO2中的应用第一个体系研究发现Cu/Cu20@rGO催化剂虽具有较好的电催化还原CO2的性能,但是其催化稳定性有待提高。而NG不仅可以作为载体起到分散金属颗粒、减缓其团聚的作用,增强催化剂的活性,其含有的吡啶N还可以稳定金属颗粒,有利于增长催化剂的寿命。故第二个体系以MOF-199和NG作为前驱体,采用电还原的方法,获得高效生成C2-C3产物且电催化性能稳定的催化剂。实验合成了一系列由MOF-199和NG衍生的Cu/Cu20@NG材料,分别命名为Cu/Cu20@NG-1材料、Cu/Cu20@NG-2材料和Cu/Cu20@NG-3 材料。并对其进行了 SEM、TEM、EDX mapping、XPS 和 XRD 等表征。重点探讨了材料种类和电解电位对电催化还原C02的影响,恒电位电解数据表明,Cu/Cu20@NG-2材料电催化还原C02生成C2-C3产物的性能最好,C2-C3产物的FE最高达到了 56%,对应的电流密度为19.0 mA/cm2。并且相较于Cu/Cu20@rGO材料,Cu/Cu20@NG-2材料的催化稳定性也有所增强。