[發明專利]一種應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法

有效

• 申請號: 202011480091.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112481663B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉敏;林翌陽;傅俊偉;劉康
• 申請（專利權）人: 中南大學深圳研究院
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25B3/03;C25B3/26;C25B11/075;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于化學催化技術領域，具體涉及一種應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法。該方法包括如下步驟：(1)選擇微量的銅源前驅體和電解液溶質，銅源前驅體的摩爾量與電解液溶質的摩爾量之比在0.001～0.01之間，銅源前驅體和電解液溶質分別用超純水進行溶解；(2)將銅源前驅體溶液加入到電解液中，攪拌均勻，并通入二氧化碳氣體至飽和，通過電化學沉積技術，在電極上原位制得銅納米花。利用本發明的方法制備的銅納米花均勻分散于電極材料上，可應用于電催化二氧化碳反應中，表現出優異的催化活性和最大的原子使用效率。

技術領域

本發明屬于化學催化技術領域，具體涉及一種應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法。

背景技術

由于乙烯是一種特別重要的化工原料，在化學工業中有著極高的需求。而在傳統化工產業中通常采用石腦油水蒸氣裂解制乙烯，這需要非常嚴苛的反應條件。近年來，以二氧化碳為原料的電化學還原反應合成乙烯的研究受到了越來越多的關注，因為它提供了一種溫和、環境友好的乙烯生產途徑。到目前為止，研究人員提出了各種策略進行電催化二氧化碳制乙烯，包括構建Cu納米結構、控制氧化態、使用摻雜劑、合金化和分子修飾。在這些方法中，構建金屬Cu的納米結構(不添加任何添加劑)用于碳二產物，具有合成簡單、構效關系易于研究的優點。Kanan等人提出了在單個電催化劑中控制晶界的方法，這已被證明是二氧化碳轉化的有效途徑。在電化學二氧化碳還原反應中，碳一產物如一氧化碳、甲烷以及碳二產物如乙烷、乙醇等與乙烯同時生成。迄今為止，乙烯的最高法拉第效率為72％，這是由分子修飾銅電催化劑使用流動池系統實現的。通過開發具有理想納米結構的電催化劑，進一步提高乙烯在電化學二氧化碳還原中的選擇性是迫切需要解決的問題。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明提供一種應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，其技術路線簡單、具有普適性，具有優異的電化學還原二氧化碳至乙烯的催化轉化選擇性，也可推廣作為諸如氧氣還原反應等電催化劑。

本發明所提供的技術方案為：

一種應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，包括如下步驟：

(1)選擇微量的銅源前驅體和電解液溶質，銅源前驅體的摩爾量與電解液溶質的摩爾量之比在0.001～0.01之間，銅源前驅體和電解液溶質分別用超純水進行溶解，得到摩爾濃度0.0001～0.001mol/L M的銅源前驅體溶液和摩爾濃度0.1mol/L的電解液；

(2)將銅源前驅體溶液加入到電解液中，攪拌均勻，并通入二氧化碳氣體至飽和，通過電化學沉積技術，在電極上原位制得銅納米花。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，銅源前驅體為銅的硝酸鹽及其水合物、銅的硫酸鹽及其水合物、銅的氯化鹽及其水合物中的一種。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，電解液溶質為中性或弱堿性的無機鹽類。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，作為優選，電解液溶質為鉀鹽或者鈉鹽。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，電化學沉積技術為循環伏安法或線性掃描法。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，電極為自支撐碳電極或金屬電極。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，作為優選，銅源前驅體的摩爾量與電解液溶質的摩爾量之比在0.00125～0.0075之間。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成乙烯的銅納米花的制備方法，銅納米花催化劑應用于電催化二氧化碳還原至乙烯反應。