[發明專利]一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010147494.1
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111203219B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王珺;陳世霞;鄧曙光
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;C25B3/03;C25B3/26;C25B11/054;C25B11/065;C25B11/075
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明公開了一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑，屬于電化學技術領域，所述銅基催化劑包括銅納米顆粒和碳基底，所述銅納米顆粒均勻分布在所述碳基底上，形成具有微?介孔并存的多級孔結構催化劑，其中，所述銅納米顆粒負載于所述碳基底上的負載量為8.42～29.29wt％。本發明還提供了一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑的制備方法和應用。本發明以銅鹽和單寧酸為原料，通過無溶劑一鍋法，制備了低成本、大批量用于電化學還原CO₂的催化劑，不僅反應時間短，而且避免了溶劑對環境的污染。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑、制備方法及應用。

背景技術

化石燃料的大量燃燒造成了空氣中CO₂的過度排放，利用可再生的電能將CO₂轉化為具有高附加值的化學品和燃料(如CO、HCOOH、C₂H₄等)，對緩解溫室效應和能源短缺均具有重要意義。但CO₂分子中的C＝O雙鍵十分穩定，只能在苛刻條件下發生反應，如高溫、高壓、貴金屬催化劑等。相比催化加氫、光催化還原等CO₂資源化方法，電化學還原CO₂具有裝置簡便，條件溫和、可控性強等優勢。在眾多還原產物中，甲酸作為一種基本的有機化工原料，在農藥、醫藥、燃料和橡膠等行業中應用廣泛。此外，甲酸還是一種安全方便的的儲氫材料和化學燃料，直接甲酸燃料電池展現出比直接甲醇燃料電池更為優異的應用前景。近年來，甲酸在全世界范圍的消耗量和價格持續增長，截至2018年甲酸的全球需求量已突破百萬噸，呈現出供應緊缺的局面。

現有技術中采用CO₂還原制甲酸的催化劑包括的Pd、Sn、In、Hg等，往往由于毒性大、易失活、過電勢高等問題，限制了其進一步發展。銅是一種儲量豐富的非貴金屬材料，在電化學還原CO₂中表現較為獨特，可將CO₂還原為除CO和HCOOH以外的CH₄、C₂H₄、C₂H₅OH等碳氫化合物，但也存在產物不可控、選擇性差等缺陷，此外，水溶液中的電化學還原CO₂反應會不可避免的產生電解水析氫的競爭反應。為此，亟待尋找一種可高效、廉價的催化劑，提高CO₂還原制甲酸的效率。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑的制備方法及其應用，以銅鹽為原料，通過無溶劑一鍋法，制備了低成本、大批量用于電化學還原CO₂的催化劑，不僅反應時間短，而且避免了溶劑對環境的污染。

本發明第一個目的是提供一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑，所述銅基催化劑包括銅納米顆粒和碳基底，所述銅納米顆粒均勻分布在所述碳基底上，形成具有微-介孔并存的多級孔結構催化劑，其中，所述銅納米顆粒負載于所述碳基底上的負載量為8.42～29.29wt％。

本發明第二個目的是提供一種用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

分別稱取單寧酸和聚醚F127并機械混合均勻，再加入乙酸銅，繼續機械混合均勻，即得前驅體；

將所述前驅體清洗干燥后，在氮氣或惰性氣氛保護條件下，于500～650℃煅燒1～4h，即得用于二氧化碳制甲酸的銅基催化劑。

優選的，所述單寧酸、聚醚F127、乙酸銅的質量比為1：1～3：0.2～1。

優選的，所述機械混合采用球磨法混合，其中，球磨轉速為300～500r/min，球磨時間30min。

優選的，所述煅燒過程中，升溫速率為5℃/min。

優選的，所述前驅體清洗干燥過程具體為：將前驅體分別用去離子水和乙醇洗滌，并在40～60℃真空干燥。