一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法技术

一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，本发明专利技术涉及CuSn合金催化剂的制备方法。本发明专利技术要解决现有Cu基催化剂在电解过程中产物选择性差且电极过电位较大的问题。方法：一、配制硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液；二、电沉积；三、清洗、干燥。本发明专利技术用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法
本专利技术涉及CuSn合金催化剂的制备方法。
技术介绍
工业化及城镇化进程的不断加快对传统燃料的需求与日俱增，同时排放的CO2导致全球“温室效应”不断加剧，人类社会面临严峻的“能源短缺”和“环境污染”的双重问题。不断增加的CO2引起全球气候变暖，对农业生产、生态安全、能源安全等众多方面造成严重影响。目前针对CO2的处理方法主要分为两个方向：一是通过地质学吸收的方法进行CO2的捕获及封存；二是通过化学催化方式将CO2转化为高附加值的低碳燃料。然而，CO2捕集及封存存在过程复杂、运输成本高昂、缺乏市场和投资的支持等问题。而以CO2为储量丰富的碳资源通过高效合成方法将其转变为高附加值燃料或精细化学品显然具有更大的吸引力。通过开发高效的合成方法及构建合理的转化途径，可将丰富的CO2资源加以回收利用，促使其转化为新型、绿色的碳资源。它的意义不仅在于利用廉价而丰富的碳资源合成重要的化工产品，开辟新资源，实现碳的重复利用，而且可以控制CO2排放，加速碳减排的进程，缓解环境压力。然而，CO2是典型的直线型三原子分子，是自然界最稳定的物质之一。电化学催化是CO2活化的有效的方式之一，该方法操作简便、易于控制，可在常温常压下实现，通过改变电解条件即可有效获得甲酸、乙酸、甲醇、乙醇等能源类小分子产物，有望缓解人类对化石燃料的依赖。在电催化还原二氧化碳所用催化剂中，相比于Au、Pd、Ag等贵金属催化剂，Cu基催化剂因其成本低廉、储量丰富、产物丰富等独特的催化特点受到广泛的关注。然而，该类催化剂在电解过程中产物选择性差(还原二氧化碳产甲酸法拉第效率通常低于60％)，通常还原产物中伴随有H2、CO、甲烷、乙烯等多种产物，且电极过电位较大(通常高于500mV)。因此，开发一种高选择性、稳定性的Cu基电催化剂是电催化还原二氧化碳研究领域的重要研究目标。
技术实现思路
本专利技术要解决现有Cu基催化剂在电解过程中产物选择性差且电极过电位较大的问题，而提供一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法。一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，它是按照以下步骤进行的：一、配制硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液：将CuSO4及SnSO4加入到稀H2SO4溶液中搅拌溶解，得到硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液；所述的硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液中CuSO4浓度为0.05mol/L～0.5mol/L；所述的硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液中SnSO4浓度为0.05mol/L～0.5mol/L；二、电沉积：将硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液置于电解池中，以Pt片为对电极，以Cu片为工作电极，在电流为2A/cm2～5A/cm2及室温条件下，利用恒电流法在Cu片上沉积5s～40s，得到合金催化剂；三、清洗、干燥：利用去离子水清洗合金催化剂，然后置于真空干燥箱中干燥，得到三维自支撑多孔CuSn合金催化剂。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过同时含有Cu、Sn离子的前驱液，在电场作用下两种阳离子同时发生定向迁移并在电极表面被还原，从而实现了Cu、Sn原子相互错综排列的合金结构。与现有工艺相比，本专利技术省略了表面活性剂等的使用，同时简化了常规两步法CuSn层叠状催化剂的制备工艺。Cu和Sn之间发生合金化，改变了金属周围的电子结构，进而提高产物选择性，同时增加了催化剂催化动力学，减小了电极过电位。同时电极多孔结构的良好保持使得该催化剂具有良好的稳定性。2、本专利技术通过利用氢气泡模板法制备三维自支撑CuSn合金催化剂，有效的调节沉积条件控制合金形貌，得到三维多孔形貌，孔隙相互贯通，且孔壁由较大颗粒、颗粒-麦穗状或麦穗状结构构成，此微观结构直接影响其催化活性，当孔壁完全由麦穗状结构构成时可达到最优的电极性能。CuSn合金催化剂展现出优异的催化性能，通过形貌结构调节可实现产物的定向转化。3、通过形貌调控获得具有高选择性、低过电位的催化剂，当孔壁完全由麦穗状结构构成时，该催化剂还原二氧化碳产甲酸过电位仅为380mV，在-1.7V电位下电解1小时，还原二氧化碳产甲酸法拉第效率达到97.8％。4、本专利技术制备的CuSn合金催化剂具有制备方法简单、操作方便、易于批量化生产。本专利技术用于一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法。附图说明图1为实施例一制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂在通氮气和二氧化碳情况下测试得到的CV图，图中A为在氮气条件下得到的CV曲线，B为在二氧化碳条件下的CV曲线；图2为实施例一制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大500倍的扫描电子显微镜图；图3为实施例一制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大5000倍的扫描电子显微镜图；图4为实施例二制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂在通氮气和二氧化碳情况下测试得到的CV图，图中A为在氮气条件下得到的CV曲线，B为在二氧化碳条件下的CV曲线；图5为实施例二制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大500倍的的扫描电子显微镜图；图6为实施例二制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大5000倍的的扫描电子显微镜图；图7为实施例三制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂在通氮气和二氧化碳情况下测试得到的CV图，图中A为在氮气条件下得到的CV曲线，B为在二氧化碳条件下的CV曲线；图8为实施例三制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大500倍的扫描电子显微镜图；图9为实施例三制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大5000倍的扫描电子显微镜图；图10为实施例四制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂在通氮气和二氧化碳情况下测试得到的CV图，图中A为在氮气条件下得到的CV曲线，B为在二氧化碳条件下的CV曲线；图11为实施例四制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大500倍的扫描电子显微镜图；图12为实施例四制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂放大5000倍的扫描电子显微镜图；图13为对比实验制备的CuSn合金催化剂在通氮气和二氧化碳情况下测试得到的CV图，图中A为在氮气条件下得到的CV曲线，B为在二氧化碳条件下的CV曲线；图14为对比实验制备的CuSn合金催化剂放大500倍的扫描电子显微镜图；图15为对比实验制备的CuSn合金催化剂放大5000倍的扫描电子显微镜图；图16为施加-1.7V电位下合金催化剂还原二氧化碳产甲酸法拉第效率图，a为对比实验制备的CuSn合金催化剂，b为实施例一得到的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂，c为实施例二得到的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂，d为实施例三得到的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂，e为实施例四得到的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂；图17为实施例三制备的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂在不同电位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：/n一、配制硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液：/n将CuSO

【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、配制硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液：
将CuSO4及SnSO4加入到稀H2SO4溶液中搅拌溶解，得到硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液；
所述的硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液中CuSO4浓度为0.05mol/L～0.5mol/L；
所述的硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液中SnSO4浓度为0.05mol/L～0.5mol/L；
二、电沉积：
将硫酸铜与硫酸亚锡共存的溶液置于电解池中，以Pt片为对电极，以Cu片为工作电极，在电流为2A/cm2～5A/cm2及室温条件下，利用恒电流法在Cu片上沉积5s～40s，得到合金催化剂；
三、清洗、干燥：
利用去离子水清洗合金催化剂，然后置于真空干燥箱中干燥，得到三维自支撑多孔CuSn合金催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的稀H2SO4溶液的浓度为0.5mol/L～5mol/L。


3.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤三中所述的置于真空干燥箱中干燥具体为在温度为20℃～50℃的真空干燥箱下，干燥6h～20h。


4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳还原产甲酸的三维自支撑多孔CuSn合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉杰，李达，田妍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23