[發(fā)明專利]一種應用于高效二氧化碳還原反應生成甲烷的銅納米片的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112501662B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)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(yōu)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(fā)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甲烷的銅納米片的制備方法。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，銅源前驅體摩爾量與電解液溶質的摩爾量之比在0.0001～0.001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片。利用本發(fā)明的方法制備的銅納米片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(yōu)異的催化活性和最大的原子使用效率。

技術領域

本發(fā)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甲烷的銅納米片的制備方法。

背景技術

將二氧化碳還原為有機化學品是利用二氧化碳、減少二氧化碳排放的有效途徑之一。利用可再生能源在水溶液中電化學還原二氧化碳具有轉化效率高、成本低、環(huán)境友好等潛在優(yōu)勢，已成為近年來的研究熱點。甲烷作為電化學還原二氧化碳的重要產品之一，以其顯著的經濟效益引起了電化學還原二氧化碳研究領域的廣泛關注。

銅是目前唯一一種能在水溶液中催化二氧化碳生成碳氫化合物的金屬。然而，傳統(tǒng)的Cu電極具有較高的過電位、較低的活性和較差的產物選擇性。此外，銅電極負電位下的析氫反應非常嚴重，進一步顯著降低了電化學還原二氧化碳的產物選擇性。通常情況下，銅電極需要足夠有效的活性位點才能獲得高效的碳氫化合物(尤其是甲烷)，其中活性位點顯著地依賴于晶體取向、顆粒大小、銅的表面形態(tài)以及電解質和溫度等反應條件。到目前為止，人們已經開發(fā)出不同形貌的銅塊電極和銅納米顆粒包覆電極來提高銅對二氧化碳轉化成甲烷的活性和選擇性。然而，銅電極對甲烷的轉化效率和選擇性仍然非常有限。

發(fā)明內容

針對上述技術現狀，本發(fā)明的目的在于提供一種應用于高效二氧化碳還原反應生成甲烷的銅納米片的制備方法，其技術路線簡單、具有普適性，具有優(yōu)異的電化學還原二氧化碳至甲烷的催化轉化選擇性，也可推廣作為諸如氧氣還原反應等電催化劑。

本發(fā)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甲烷的銅納米片的制備方法，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0.0001～0.001之間，銅源前驅體和電解液溶質分別用超純水進行溶解，得到摩爾濃度為0.00001～0.0001mol/L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片。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成甲烷的銅納米片的制備方法，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甲烷的銅納米片的制備方法，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甲烷的銅納米片的制備方法，作為優(yōu)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甲烷的銅納米片的制備方法，電化學沉積技術為循環(huán)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甲烷的銅納米片的制備方法，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甲烷的銅納米片的制備方法，作為優(yōu)選，銅源前驅體的摩爾量與電解液溶質的摩爾量之比在0.000125～0.00075之間。

所述的應用于高效二氧化碳還原反應生成甲烷的銅納米片的制備方法，銅納米片催化劑應用于電催化二氧化碳還原至甲烷的反應。