[發(fā)明專利]一種聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811065159.6
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109108279B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉恢;向開松;柴立元;朱芳芳;劉雨程;顏旭;鄭諧;李青竹
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C25B3/04;C25B11/06;B82Y40/00
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開了一種聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料由聚多巴胺包覆銅納米線構(gòu)成；其制備方法是利用多巴胺的原位氧化聚合包覆在銅納米線表面得到；聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料應(yīng)用在電催化CO₂還原過程中不但可以提高甲烷選擇性而且表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CO₂RR催化劑，具體涉及一種聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料，還涉及其通過原位聚合制備聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料的方法，以及聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料作為CO₂RR催化劑通過電催化還原CO₂高選擇性制備甲烷的方法，屬于二氧化碳減排利用以及電催化材料合成與應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于工業(yè)社會對煤炭、石油和天然氣等化石燃料的大量消耗，對化石燃料無節(jié)制的開采導(dǎo)致資源的短缺，并且化石燃料的燃燒產(chǎn)生大量的CO₂使溫室效應(yīng)不斷加劇。所以將CO₂轉(zhuǎn)化為可再生能源既能解決溫室效應(yīng)，又能緩解能源危機(jī)，對環(huán)境、能源與經(jīng)濟(jì)三者均具有重要意義。電化學(xué)法還原CO₂具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)過程易控，且可利用清潔能源驅(qū)動等優(yōu)點，是當(dāng)今研究的熱點與應(yīng)用方向。

Cu被公認(rèn)是唯一能夠高效電催化CO₂產(chǎn)生復(fù)雜碳?xì)浠衔锏慕饘俅呋瘎蚨蔀殡姶呋瘎┑氖走x。但是，其選擇性和穩(wěn)定性的不足成為阻礙Cu催化劑的實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

從CO₂到甲烷(CO₂+8H⁺+8e^-→CH₄+2H₂O)的電催化轉(zhuǎn)化是一種非常具有前景的轉(zhuǎn)化路徑，該轉(zhuǎn)化將為從CO₂生產(chǎn)天然氣提供了一種全新的途徑。為了提高二氧化碳向甲烷的有效轉(zhuǎn)化率，大多數(shù)的研究主要致力于設(shè)計晶面，優(yōu)化載體，控制電解模式和改變電解質(zhì)環(huán)境等。盡管如此，但從電催化劑的角度來看，仍然難以解決CO₂RR中的CH₄選擇性低的問題。據(jù)報道，氨基酸修飾Cu電極實現(xiàn)了C₂烴(C₂H₄和C₂H₆)的法拉第效率提高。因此，有機(jī)分子官能化的Cu電極是否可以調(diào)節(jié)CH₄選擇性仍然是一個很大挑戰(zhàn)。另外，根據(jù)現(xiàn)有的研究表明，由于靜電排斥力和熱力學(xué)不穩(wěn)定性，Cu電極表面的Cu原子在電催化中容易失去原子并重組，引起形貌和晶體發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致催化劑的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中銅作為CO₂RR催化劑存在穩(wěn)定性和甲烷選擇性不足的問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種利用化學(xué)活性聚多巴胺包裹銅納米線復(fù)合材料，該復(fù)合材料在CO₂RR催化轉(zhuǎn)化甲烷過程中，表現(xiàn)出穩(wěn)定性好，催化活性高，選擇性好等特點。

本發(fā)明的第二個目的是在于提供一種操作簡單、低成本，條件溫和的制備所述聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明的第三個目的是在于提供聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料的應(yīng)用，將其作為CO₂RR催化劑應(yīng)用，通過電催化CO₂還原成甲烷，表現(xiàn)出選擇性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種聚多巴胺包覆銅納米線復(fù)合材料，其由聚多巴胺包覆銅納米線構(gòu)成。

本發(fā)明采用聚多巴胺來包裹修飾銅納米線，聚多巴胺包含豐富的活性基團(tuán)，其對銅納米線親和性較好，聚多巴胺可以在銅納米線表面獲得穩(wěn)定的包覆層結(jié)構(gòu)。聚多巴胺修飾在銅納米線表面，可以大大提高銅納米線的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，防止銅納米線在電催化過程中發(fā)生化學(xué)變化而失效。另外發(fā)現(xiàn)聚多巴胺上的基團(tuán)對銅納米線的催化選擇性有明顯改善，可有效提高二氧化碳還原(CO₂RR)產(chǎn)物中甲烷的選擇性。