[發(fā)明專利]一種銅基二氧化碳電催化材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910713686.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110548509B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐喆;林鵬;陳聰聰;吳天承;曹雨;曾燮榕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/72
• 分類號(hào): B01J23/72;B01J35/00;B01J35/02;B01J37/00;B01J37/12;B01J37/16;B01J37/34
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開(kāi)了一種銅基二氧化碳電催化材料及其制備方法，其中，所述方法包括步驟：將氧化劑溶液和有機(jī)配體溶液混合，制得混合溶液；將金屬銅放入所述混合溶液中，使所述有機(jī)配體吸附在金屬銅的部分特定晶面，并使所述金屬銅未被有機(jī)配體吸附的晶面發(fā)生氧化反應(yīng)；對(duì)所述氧化反應(yīng)后的金屬銅進(jìn)行清洗處理，去除吸附在所述金屬銅晶面的有機(jī)配體，經(jīng)電化學(xué)還原后制得具有較多特定晶面的OD?Cu二氧化碳催化材料。本發(fā)明通過(guò)在氧化過(guò)程中加入不同種類及濃度的有機(jī)配體，一方面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)OD?Cu材料不同晶型結(jié)構(gòu)的調(diào)控；另一方面，制得的OD?Cu材料具有高表面粗糙度，高晶界密度等優(yōu)點(diǎn)，還可擇優(yōu)暴露晶面，能夠顯著提升材料對(duì)CO₂的催化活性及對(duì)多碳產(chǎn)物的選擇性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化材料領(lǐng)域，特別涉及一種銅基二氧化碳電催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，由于人類對(duì)化石燃料的長(zhǎng)期過(guò)度使用，大氣中CO₂含量已經(jīng)遠(yuǎn)超安全閾值，采用合理設(shè)計(jì)的電催化劑進(jìn)行電催化CO₂還原(ECR)是降低CO₂排放和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的一種有前景的研究方向。

在眾多的CO₂催化材料中，銅基催化劑因具有將CO₂轉(zhuǎn)化為高能量密度多碳產(chǎn)物的能力而受到廣泛關(guān)注。為提高銅基材料催化性能，一種較為有效的策略是將銅片(粉)先氧化再還原，最終制得穩(wěn)定的銅基催化劑。這類催化劑通常稱為OD-Cu(Oxide-Derived Cu)。在氧化-還原過(guò)程中，銅片(粉)表面形貌發(fā)生改變，表面粗糙度顯著增加，同時(shí)產(chǎn)生大量晶界，增加了材料表面的CO₂電催化活性位點(diǎn)，對(duì)CO₂具有好的催化效果。目前，OD-Cu材料的制備方法主要是通過(guò)人為創(chuàng)造氧化環(huán)境使銅片(粉)發(fā)生氧化，生產(chǎn)銅的氧化物，其后，以制得的銅氧化物為陰極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使銅的氧化物再次被還原至銅，制得穩(wěn)定的OD-Cu材料。

雖然對(duì)銅片(粉)進(jìn)行氧化-還原處理，可顯著提升銅片(粉)對(duì)CO₂的電催化性能，但在氧化-還原處理的過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)銅基材料晶型結(jié)構(gòu)的調(diào)控。已有研究表明，OD-Cu材料的晶型結(jié)構(gòu)對(duì)CO₂還原產(chǎn)物選擇性具有重要影響，例如：Cu(111)晶面對(duì)甲烷具有較高選擇性，而Cu(100)晶面傾向于多碳產(chǎn)物的生成。若能在氧化/還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)OD-Cu材料晶型結(jié)構(gòu)的同步調(diào)控，可進(jìn)一步提升其對(duì)CO₂的催化性能及對(duì)多碳產(chǎn)物的選擇性。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種銅基二氧化碳電催化材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的OD-Cu材料的制備方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)OD-Cu材料晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種銅基二氧化碳電催化材料的制備方法，其中，包括步驟：

將氧化劑溶液和有機(jī)配體溶液混合，制得混合溶液；

將金屬銅放入所述混合溶液中，使所述有機(jī)配體吸附在金屬銅的特定晶面，使所述金屬銅未被有機(jī)配體吸附的晶面發(fā)生氧化反應(yīng)；

對(duì)所述氧化反應(yīng)后的金屬銅進(jìn)行清洗處理，去除吸附在所述金屬銅晶面的有機(jī)配體，經(jīng)電化學(xué)還原后制得所述銅基二氧化碳電催化材料。

所述銅基二氧化碳電催化材料的制備方法，其中，所述氧化劑溶液選自雙氧水溶液、過(guò)硫酸鉀溶液、過(guò)硫酸鈉溶液、過(guò)硫酸胺溶液和過(guò)一硫酸氫鉀溶液中的一種或多種。

所述銅基二氧化碳電催化材料的制備方法，其中，所述氧化劑溶液的濃度為0.01mM-2M。

所述銅基二氧化碳電催化材料的制備方法，其中，所述有機(jī)配體溶液選自十二烷基硫酸鈉溶液、十二烷基苯磺酸鈉溶液或十六烷基溴化銨溶液中的一種。