[發明專利]一種調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度用銅納米顆粒催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 202111148874.8
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113862721B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 王進;范期奎
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B3/26;C25B3/07;C25B3/03
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 李瑩

本發明公開了一種調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度用銅納米顆粒催化劑及制備方法，涉及二氧化碳電化學還原技術領域。該方法包括步驟：S1、制備金種子膠體溶液；S2、將醋酸銅、聚乙烯吡咯烷酮按質量比5mg?140mg：0.1g?0.4g加入金種子膠體溶液，分散均勻，待溶液透明后，快速加入抗壞血酸溶液進行反應；S3、將S2的反應產物離心后在惰性氣體保護下干燥，得到銅納米顆粒催化劑。本發明的制備方法過程簡單、成本低、重現性好；制得的銅納米顆粒催化劑，直徑為10～300nm，銅納米顆粒表面存在氧化態銅，氧化態原子的數量可以通過表面配體的長度進行調控，不同氧化態數量的銅導致了二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度的改變。

技術領域

本發明涉及二氧化碳電化學還原技術領域，尤其涉及一種調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度用銅納米顆粒催化劑及制備方法。

背景技術

目前，能源問題和環境問題正受到廣泛關注，是制約和影響人類未來發展的兩大問題。這兩個問題的主要核心是如何在碳循環中高效利用和管理碳資源。傳統化石燃料和化學燃料燃燒釋放的大氣中的CO₂被捕獲，然后通過添加水通過電化學電解槽將其轉化為高價值的化學品和燃料。得到的產品經過儲存、運輸、分配和利用，釋放出主要的工業廢物CO₂，之后，CO₂再次捕獲到反應器中，形成整個碳循環。鑒于此，巧妙地保持碳排放和回收之間的平衡對于保持碳中和循環至關重要。然而，由于煤炭、石油、天然氣等化石燃料的過度開采，CO₂排放量逐年飆升，對自然碳循環造成嚴重破壞。因此，尋找低成本、清潔、高效的方法來消除過量的CO₂，實現可持續的碳中和循環是非常緊迫的。

利用清潔能源產生的電能將CO₂電催化還原為有價值的化學原料或燃料，不僅能存儲可再生能源，還能降低大氣中二氧化碳的濃度從而緩解溫室效應。電化學CO₂還原過程中的電流密度的大小直接影響到未來工業化成本，傳統H型電解池研究的CO₂電化學還原的電流密度遠遠達不到工業化應用的需求，目前，急需實現大電流密度下的CO₂電化學還原。

近年來，Cu和基于Cu的納米結構在各種催化領域，特別是CO₂電還原反應領域。眾所周知，Cu電極的獨特之處在于其是唯一能以合理速率產生多碳產品的單金屬電催化劑。然而，由于Cu在空氣中的高表面遷移率和低結合能導致了不可控的氧化，Cu催化反應的選擇性并不令人滿意。同時，這將給銅基電催化劑的本征結構研究帶來很大的不確定性。銅納米顆粒的表面原子價態可影響到CO₂電化學還原產物，更會影響到其最佳電流密度，但如何調控表面氧化態銅原子比例尚無相關報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是背景技術中提到的不足，提供一種調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度用的催化劑，該催化劑可利用配體長度不同，對空氣中氧氣隔離效果的差異以調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物(包括乙烯，乙醇，乙酸和正丙醇)的最佳電流密度。

為了解決上述問題，本發明提出以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種調節二氧化碳電化學還原制備多碳產物的最佳電流密度用銅納米顆粒催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、制備金種子膠體溶液，將硼氫化鈉加入到氯金酸水溶液中快速攪拌；

S2、將醋酸銅、聚乙烯吡咯烷酮按質量比5mg-140mg：0.1g-0.4g加入到含有10μL-5mL金種子的膠體溶液中，分散均勻，待溶液透明后，快速加入抗壞血酸溶液進行反應；

S3、將S2的反應產物離心后在惰性氣體保護下干燥，得到銅納米顆粒催化劑。

進一步的，所述步驟S1的制備方法具體如下：