[發明專利]一種疏松多孔氧化亞銅材料的制備方法及氧化亞銅在電催化還原二氧化碳中的應用

在審

• 申請號: 201811535640.7
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109536991A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 杜希文;鄒成琴;毛晶;鄭文靜;董存庫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B3/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發明公開了一種疏松多孔氧化亞銅材料的制備方法以及氧化亞銅在電催化還原二氧化碳中的應用。本發明制備方法主要以稀酸和乙醇清洗后的碘化亞銅粉末為原料，在碘化鉀或碘化鈉溶液中配制獲得絡合液，然后按配比向強堿溶液中加入一定量該絡合液得到沉淀產物，最后用超純水和丙酮離心清洗多次并用氮氣吹干后獲得疏松多孔的氧化亞銅材料。本發明通過簡單快速、安全可控的堿性水解方法合成出表面干凈的疏松多孔氧化亞銅材料，增大材料的比表面積提高催化活性，借助殘余氧降低中間產物耦合反應的活化勢壘，大大促進對多碳產物的反應活性，其電催化還原二氧化碳為乙烯、乙醇和正丙醇等多碳產物的總法拉第效率提高至80％以上的水平。

技術領域

本發明屬于能源轉換與儲存應用領域，特別涉及一種疏松多孔氧化亞銅材料的制備方法及氧化亞銅在電催化還原二氧化碳中的應用。

背景技術

自工業革命以來，諸如煤炭、石油和天然氣這類的化石燃料被大量開發，作為維持經濟和社會發展的主要能源被廣泛使用。近年來，隨著人口的急劇增長以及經濟的迅猛發展，全球能源需求與日俱增，傳統的有限不可再生的化石燃料已現匱乏。為解決能源危機，諸如風能、潮汐能和太陽能這類的可再生能源變為大家的熱捧對象。同時，由于之前化石燃料的過度消耗，大氣中的二氧化碳(CO₂)濃度逐年積累，2018年1月研究數據顯示，現如今二氧化碳濃度已達到407.54ppm，遠高于大氣中二氧化碳350ppm的安全上限。由此也帶來了一系列的環境問題，如全球變暖、海洋酸化等等。在這樣的能源危機和環境問題的大背景下，利用可再生能源將二氧化碳轉化為能量密度更高的有用的燃料分子成為最近幾年熱門的研究主題。其中，相較光催化還原二氧化碳，電催化還原二氧化碳因為其更高的可控性、催化活性和穩定性被大量研究報道。

在電催化還原二氧化碳中，多種金屬(例如Cu、Au、Ag、Zn、Sn和Pb)、過渡金屬氧硫族化合物(例如Cu₂O、Cu₂S、SnO₂和MoS₂)、有機金屬框架材料(例如Co-MOF和Cu-MOF)、無機碳類材料(例如碳量子點(CQD)和碳納米管(CNT))被用作二氧化碳電還原的催化劑。對于電催化的產物，Au、Ag、Zn和Co類以及無機碳催化劑主要產一氧化碳(CO)，Sn、Pb和In類催化劑多產甲酸(HCOOH)，而銅基催化劑(Cu、Cu合金、Cu₂O、Cu₂S、Cu-MOF等)，則可以將二氧化碳轉化為能量密度更高的烷烴類或醇類產物，例如甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)、乙烷(C₂H₆)、乙醇(C₂H₅OH)和正丙醇(C₃H₇OH)等。研究發現，相比純銅催化劑或者其他有機銅金屬催化劑，氧化亞銅催化劑會表現出更好的多碳產物(產物的含碳個數≥2，簡寫為C₂₊產物)催化性能，獲得更高的FE(C₂₊)，即更好的多碳產物法拉第轉換效率。