[發(fā)明專利]用于CO2

有效

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• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115094473B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 嚴乙銘;姚燁波;張惠穎;孫彥飛;楊志宇
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B3/07;C25B3/26;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

用于CO₂RR的電催化材料Ti?Cu₂O的制備方法，屬于電催化材料領域。包括前驅體溶液制備，然后加入TiCl₃溶液來制備暗黃色固體Ti?Cu₂O。本發(fā)明主要用于制備Ti?Cu₂O電催化CO₂還原材料，解決了該方向純Cu₂O用于CO₂RR性能和穩(wěn)定性不佳的問題。此外，與商用Cu₂O相比，本發(fā)明以氯化銅溶液作為銅源與氯化鈦前驅體作為鈦源通過絡合沉淀得到的Ti?Cu₂O，且表現(xiàn)出更加優(yōu)異的C₂產物C₂H₅OH選擇性和穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電催化還原CO₂制C₂H₅OH領域，具體公開了用于CO₂RR的電催化材料Ti-Cu₂O的制備方法。

背景技術

隨著科技發(fā)展，人們對于化石燃料的需求與日俱增，然而過度使用化石燃料會產生大量的二氧化碳(CO₂)氣體，導致空氣中的二氧化碳含量急劇上升。在解決CO₂污染的問題上，目前最具前景的方法是通過電催化將CO₂還原為高附加值的產品，這能同時解決大氣中二氧化碳濃度過高的問題和緩解能源緊張的現(xiàn)狀。在CO₂轉化眾多產物中，C₂產物有著相比一氧化碳甲烷更高的利用價值和經濟價值。大量研究發(fā)現(xiàn)，銅基材料是唯一可以通過電化學將二氧化碳還原為C₂化合物和醇等高價值和高能量密度產品的過渡金屬催化劑。然而，Cu基催化劑生成不同的產物時起始電位差距較小，導致其選擇性，穩(wěn)定性仍然受到限制。

電催化CO₂RR現(xiàn)在的研究方向是通過對現(xiàn)有的催化劑進行改性或者理解催化劑性能和結構的關系，從而通過設計催化劑特有的尺寸，結構，形貌和組成，從而使得催化劑能夠在電化學還原CO₂中性能達到可工業(yè)化級別。在商用的氧化亞銅催化劑面臨的其對于產物的選擇性差，轉化率低，同時其穩(wěn)定性差的問題。我們制備的催化劑通過將Ti摻到Cu₂O中，其Ti會和Cu，O發(fā)生雜化，從而會調整材料的電子結構，同時由于Ti的不同價態(tài)，會使得Cu-O-Ti雜化中Ti接受從Cu中給予的電子，穩(wěn)定了活性位點Cu(I)，同時與此對應的乙醇選擇性高，活性高，同時明顯提高了其穩(wěn)定性。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種方便快捷地制備電催化CO₂還原催化劑Ti-Cu₂O的方法，能夠顯著提高其電化學過程中CO₂轉化選擇性，同時大幅改善催化劑的穩(wěn)定性。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種用于電催化還原CO₂的Ti-Cu₂O材料及其制備方法，包括以下步驟：

(1)前驅體A混合溶液的制備；將超純水、檸檬酸鈉和氯化銅混合進行絡合沉淀得到前驅體A混合溶液；

(2)Ti-Cu₂O的制備；將前驅體A混合溶液、TiCl₃溶液混合、沉淀，離心洗滌干燥得到固體Ti-Cu₂O催化劑。

步驟(1)對應檸檬酸鈉和氯化銅的摩爾比為1：1；所述物理混合是通過磁力攪拌實現(xiàn)的，具體攪拌時間為1h，其完全形成藍色沉淀；

步驟(2)前驅體A混合溶液、TiCl₃溶液的用量關系對應的是Cu與Ti的摩爾比為3:1-1:1；所述離心洗滌用到的溶劑為超純水和無水乙醇，洗滌次數(shù)為3次，在10000rpm的轉速下離心10min。所得產物放入烘箱真空干燥，得到固體暗黃色Ti-Cu₂O，所述真空干燥的具體條件為：-30MPa、60℃和3h。