[發明專利]CuS納米點材料的制備方法及其在電催化二氧化碳還原中的應用

在審

• 申請號: 202010386323.4
• 申請日: 2020-05-09
• 公開（公告）號: CN111450848A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 秦清;李創;劉希恩
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C25B11/06;C25B3/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

本發明屬于新能源材料技術以及電化學催化技術領域，目的在于提高銅基催化劑在電催化二氧化碳還原中的活性和選擇性。一方面涉及一種CuS納米點材料的制備方法：(1)將氯化銅和聚乙烯吡咯烷酮溶解在去離子水中，攪拌至澄清；(2)將硫化鈉在攪拌的條件下溶解于步驟(1)的澄清溶液中；(3)將步驟(2)中的混合溶液反應，離心，干燥制得CuS納米點。另方面還涉及CuS納米點材料在電催化二氧化碳還原中的作為催化劑的應用。本發明以氯化銅、聚乙烯吡咯烷酮和硫化鈉為原料，采用水熱的方法制備CuS納米點材料，操作簡單，易于實施，且得到的CuS納米點材料具有優異的二氧化碳還原催化活性和選擇性，其作為電催化二氧化碳還原的催化劑對CH₄有較高的選擇性。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術以及電化學催化技術領域，具體涉及一種CuS納米點材料的制備方法及其在電催化二氧化碳還原中的應用。

背景技術

近幾十年來，隨著科學技術的進步與發展，化石燃料的過度開發和消耗，二氧化碳的超標排放導致全球氣溫持續升高，其引發的“溫室效應”使全球各地氣候不斷惡化，因此二氧化碳問題亟待解決。同時，二氧化碳是豐富的C1資源，若能將其充分利用則可以緩解能源和環境方面的壓力。電催化二氧化碳還原因其具備操作簡單、環境友好等優點受到廣泛關注。目前電催化二氧化碳還原的重點在于制備高催化活性、選擇性和穩定性的電極材料。因此，尋找合適的電極催化劑材料成為了解決問題的出路。

目前，用于電催化二氧化碳還原的金屬催化劑，根據還原產物的不同大致可以分為四類。第一類：鉛、汞、銦、錫和鎘等金屬，反應過程中容易產生HCOO^－，還原的產物主要以甲酸和甲酸鹽為主；第二類：金、銀、鋅、鈀和鎵等金屬，這類催化劑的特點是對CO的穩定性較差，其產物主要為CO；第三類：鎳、鐵、鉑和鈦等金屬，這類催化劑由于本身的析氫過電位較低，所以其主要產物為H₂；第四類：金屬銅，其產物主要為碳氫化合物和醇類。迄今為止，銅是唯一的一種單金屬催化劑，可以用電化學方法將二氧化碳還原成高價值和高能量密度的產品。

近年來，新型非銅基催化劑的發展，顯示出將二氧化碳電催化還原成C2⁺產物的能力，但其產物收率較低，限制了這些催化劑的進一步應用。銅作為二氧化碳還原電催化劑的獨特之處在于，它是唯一對CO*(一種重要的二氧化碳還原中間體)具有負吸附能，對H*(一種析氫反應中的中間體)具有正吸附能的金屬。研究表明，多晶銅箔會產生超過16種不同的產物，這對它的選擇性是一個巨大的挑戰。因此，如何改變銅基催化劑的結構，以增加其電催化二氧化碳還原的活性和選擇性，具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提高銅基催化劑在電催化二氧化碳還原中的活性和選擇性，提供一種CuS納米點材料的制備方法及其在電催化二氧化碳還原中的應用。本發明提供的CuS納米點材料具有較高的活性和選擇性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種CuS納米點材料的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將氯化銅和聚乙烯吡咯烷酮溶解在去離子水中，攪拌至澄清；

(2)將硫化鈉在攪拌的條件下溶解于步驟(1)的澄清溶液中；

(3)將步驟(2)中的混合溶液反應，離心，干燥制得CuS納米點。

進一步的，所述步驟(1)中氯化銅、聚乙烯吡咯烷酮和去離子水的添加量比為(20-30)mg:(50-70)mg:(2-8)mL。

進一步的，步驟(1)中氯化銅、聚乙烯吡咯烷酮和去離子水的添加量比為21mg:60mg:5mL。

進一步的，步驟(1)中聚乙烯吡咯烷酮的分子量為8000，24000，40000，90000中的一種。