[發明專利]一種銅銀復合催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210954604.4
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115404499A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 謝鵬飛;蔡之舟;何奕;施耀
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C25B3/03
• 分類號: C25B3/03;C25B3/26;C25B11/093
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何秋霞

本發明涉及電催化還原技術領域，具體公開一種銅銀復合催化劑及其制備方法和應用。所述銅銀復合催化劑是以銅銀混合物為核、銅為殼的核殼結構，其中核體中銅銀混合物的銅為金屬態或一價態，殼體中銅為氧化態。制備過程是將有機雙核銅前驅體和銀納米顆粒在溶劑中浸漬，干燥后焙燒得到，本發明構建從Ag活性位點到Cu活性位點的串聯反應，能有效發揮銀基催化劑良好的析氫反應抑制效果和銅基催化劑優越的C?C耦合性能，應用到二氧化碳電還原體系，能通過銅銀協同效應誘導反應向多碳產物路徑發展，最終達到較高的C₂₊產物選擇性。

技術領域

本發明涉及電催化還原技術領域，具體涉及一種銅銀復合催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球人口的持續增長和工業的發展，對化石燃料的需求與日俱增，而使用化石燃料所排放的大量二氧化碳對全球環境產生了不利影響，世界氣候變化形勢越來越嚴峻。大氣中的高濃度二氧化碳會導致一系列環境問題，如全球變暖、荒漠化、海水酸化以及物種滅絕等。如何減少碳排放，是亟待世界各國協同解決的問題。自2003年至今，中國始終致力于推動低碳環保，節能減排的生活，控制以二氧化碳為主的溫室氣體排放，但基于經濟增速預期，能源總需求一定時期內仍會持續增長。

CO₂減排技術中碳捕集、利用和封存(Carbon Capture，Utilization andStorage，簡稱CCUS)是國際公認的能夠實現化石能源直接減排和資源化利用的技術。從結構上講，二氧化碳分子是線性的、中心對稱的，使它具有特殊的穩定性、固有的化學慣性、低電子親和力和較大的能隙(13.7eV)。因此二氧化碳的轉化是一個吸熱過程，需要大量的能量輸入。目前將二氧化碳轉化為碳基化學物質和燃料的各種途徑已經有化學重整、生化、光化學、熱化學和電化學還原等方法。

在這些技術中，由太陽能、風能等清潔可再生能源驅動的電化學二氧化碳還原技術(CO₂RR)，由于其在環境溫度和大氣壓等較為溫和的反應條件下運行，為其大規模的工業應用提供了廣闊的前景，具有較大的應用潛力。其技術優勢包括溫和的反應條件、可控的應用電壓和反應溫度、可回收的支持電解質、可污染的輸入能源，以及易于擴大應用等。然而，二氧化碳電催化還原領域的研究人員仍然面臨著大的過電位、慢的電子轉移動力學、特定產物選擇性差強人意、以及由于伴隨的溶劑分解反應而導致的能源效率較低等關鍵問題。如何高效利用二氧化碳，將其轉化為易于貯存和運輸的CO及甲烷、甲酸、甲醇、乙烯、乙醇和丙醇等有機化合物，是一個世界性難題和新興的研究熱點。

CO₂RR過程是一個復雜多步驟反應過程，根據其反應傳輸電子數量等條件，陰極催化CO₂還原的產物可能為多種不同物質。由于理論上析氫反應(HER)的反應電勢通常與CO₂平衡電勢相當，因此析氫反應往往成為其競爭反應。陰極上的CO₂電化學還原分為多個步驟，實際反應過程中，這些步驟往往受到如電極材料、電解液組成、溫度等內部因素及實際加于電極表面的電勢大小等外部因素共同影響。CO₂RR的產物為多種碳化合物，根據產物中碳元素數目的多少，分為碳一(C₁)產物(CO、CH₄、HCOO^-和CH₃OH)和多碳產物(C₂₊)。與C₁產物相比，一些多碳產物(C₂H₄、C₂H₅OH、CH₃COO^-、n-C₃H₇OH等)具有較高的體積能量密度，可以直接作為合成長鏈烴類燃料和含氧合物的基石。

然而，二氧化碳向C₂₊產物的選擇性轉換具有高過電位、低反應率和低選擇性等特點，并且該過程對催化劑結構和電解質極其敏感。C-C鍵在電催化還原條件下的形成與C-H和C-O鍵的形成相競爭，這使得產生多碳產物非常困難。