[發明專利]一種用于二氧化碳還原產甲酸的三維自支撐多孔CuSn合金催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202010443373.1
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111659406B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 馮玉杰;李達;田妍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J23/835
• 分類號: B01J23/835;B01J37/34;C25B3/07;C25B3/26;C25B11/089;C25B11/091
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種用于二氧化碳還原產甲酸的三維自支撐多孔CuSn合金催化劑的制備方法，本發明涉及CuSn合金催化劑的制備方法。本發明要解決現有Cu基催化劑在電解過程中產物選擇性差且電極過電位較大的問題。方法：一、配制硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液；二、電沉積；三、清洗、干燥。本發明用于二氧化碳還原產甲酸的三維自支撐多孔CuSn合金催化劑的制備。

技術領域

本發明涉及CuSn合金催化劑的制備方法。

背景技術

工業化及城鎮化進程的不斷加快對傳統燃料的需求與日俱增，同時排放的CO₂導致全球“溫室效應”不斷加劇，人類社會面臨嚴峻的“能源短缺”和“環境污染”的雙重問題。不斷增加的CO₂引起全球氣候變暖，對農業生產、生態安全、能源安全等眾多方面造成嚴重影響。目前針對CO₂的處理方法主要分為兩個方向：一是通過地質學吸收的方法進行CO₂的捕獲及封存；二是通過化學催化方式將CO₂轉化為高附加值的低碳燃料。然而，CO₂捕集及封存存在過程復雜、運輸成本高昂、缺乏市場和投資的支持等問題。而以CO₂為儲量豐富的碳資源通過高效合成方法將其轉變為高附加值燃料或精細化學品顯然具有更大的吸引力。通過開發高效的合成方法及構建合理的轉化途徑，可將豐富的CO₂資源加以回收利用，促使其轉化為新型、綠色的碳資源。它的意義不僅在于利用廉價而豐富的碳資源合成重要的化工產品，開辟新資源，實現碳的重復利用，而且可以控制CO₂排放，加速碳減排的進程，緩解環境壓力。然而，CO₂是典型的直線型三原子分子，是自然界最穩定的物質之一。電化學催化是CO₂活化的有效的方式之一，該方法操作簡便、易于控制，可在常溫常壓下實現，通過改變電解條件即可有效獲得甲酸、乙酸、甲醇、乙醇等能源類小分子產物，有望緩解人類對化石燃料的依賴。

在電催化還原二氧化碳所用催化劑中，相比于Au、Pd、Ag等貴金屬催化劑，Cu基催化劑因其成本低廉、儲量豐富、產物豐富等獨特的催化特點受到廣泛的關注。然而，該類催化劑在電解過程中產物選擇性差(還原二氧化碳產甲酸法拉第效率通常低于60％)，通常還原產物中伴隨有H₂、CO、甲烷、乙烯等多種產物，且電極過電位較大(通常高于500mV)。因此，開發一種高選擇性、穩定性的Cu基電催化劑是電催化還原二氧化碳研究領域的重要研究目標。

發明內容

本發明要解決現有Cu基催化劑在電解過程中產物選擇性差且電極過電位較大的問題，而提供一種用于二氧化碳還原產甲酸的三維自支撐多孔CuSn合金催化劑的制備方法。

一種用于二氧化碳還原產甲酸的三維自支撐多孔CuSn合金催化劑的制備方法，它是按照以下步驟進行的：

一、配制硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液：

將CuSO₄及SnSO₄加入到稀H₂SO₄溶液中攪拌溶解，得到硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液；

所述的硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液中CuSO₄濃度為0.05mol/L～0.5mol/L；

所述的硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液中SnSO₄濃度為0.05mol/L～0.5mol/L；

二、電沉積：

將硫酸銅與硫酸亞錫共存的溶液置于電解池中，以Pt片為對電極，以Cu片為工作電極，在電流為2A/cm²～5A/cm²及室溫條件下，利用恒電流法在Cu片上沉積5s～40s，得到合金催化劑；

三、清洗、干燥：

利用去離子水清洗合金催化劑，然后置于真空干燥箱中干燥，得到三維自支撐多孔CuSn合金催化劑。