一种新型电催化还原二氧化碳电极材料及其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种新型电催化还原二氧化碳电极材料及其制备方法和应用，所述电极材料具有三维纳米多孔结构，表面富金而形成核壳结构，表达式为AuCu3@Au。通过Fe

【技术实现步骤摘要】
一种新型电催化还原二氧化碳电极材料及其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于电催化材料
，具体地说涉及一种表面富金的三维纳米多孔核壳AuCu3电催化还原二氧化碳电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电催化二氧化碳转化为可以被人类利用的燃料具有重要意义。一氧化碳作为一种应用广泛的材料，在费托反应原料气生成高碳液体燃料、合成一系列有机化工产品和中间体等方面发挥重要作用。同时二氧化碳作为一种在人类生产生活中不断产生累积，造成含量不断增加引起的温室效应对环境具有很严重的消极影响。所以将空气中过多的二氧化碳转化成对人们生活有用的化工燃料刻不容缓，利用电催化技术将二氧化碳转化成工业原料引起了国内外广泛的关注。
[0003]将二氧化碳通过电催化方式转化成工业原料的关键是找到合适的电极材料。金在电催化还原二氧化碳过程中能够高效地将二氧化碳转化为一氧化碳，但由于其价格昂贵，而且在反应过程中受电压影响较大，限制了它的应用。铜是目前唯一已知的能将二氧化碳转化成C2及C3的电极材料，而且价格低廉。目前单一的铜在电催化还原二氧化碳过程中无论是活性还是选择性都很低。
[0004]因此如何解决上述缺陷，则是本专利技术解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种新型电催化还原二氧化碳电极材料及其制备方法和应用，不仅大幅度提高了电催化还原二氧化碳的活性，选择性和稳定性，而且实现了具有良好延展性的大型纳米多孔AuCu3@Au电极制备，对推进电催还原二氧化碳的工业化具有重大意义。r/>[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种新型电催化还原二氧化碳电极材料，所述电极材料具有三维纳米多孔结构，表面富金而形成核壳结构，可大幅度提高电催化还原二氧化碳性能，电极材料表达式为：AuCu3@Au。
[0008]上述新型电催化还原二氧化碳电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)在40-100mL去离子水中加入0.0325-1g FeCl3，磁力搅拌后得到溶液A；
[0010](2)称取40-80mg原料Au
20
Cu
80
加入溶液A，磁力搅拌30min；
[0011](3)用去离子水冲洗若干次后真空干燥箱内干燥6-12h。
[0012]上述电催化还原二氧化碳电极材料在电催化还原二氧化碳方面的应用。
[0013]上述电催化还原二氧化碳电极材料在制备块体大电极方面的应用。本专利技术的纳米多孔AuCu3@Au可以用于制备块体大电极，即可以将电极做的比较长。
[0014]本专利技术选择合成AuCu双金属电极材料，既降低了成本，铜的加入也提高了对CO的选择性，同时多孔AuCu3电极可实现100小时的长时间反应。此外，多孔结构使催化剂表面存在很多凹凸面，存在高密度的原子台阶和扭结，而这些节点通常被认为是催化反应的活性
中心。此外表面富金产生的核壳结构不仅降低了表面配位数，而且降低了Cu对氧化物如：CO
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的吸附，从而抑制了HER反应，提高了CO的脱附。更为重要的是，实现了具有良好延展性的大型纳米多孔AuCu3电极的制备，推动了CO2电催化还原技术的实用化。
[0015]通过Fe
3+
一步氧化刻蚀Au
20
Cu
80
中的Cu，得到表面富金的纳米多孔AuCu3@Au核壳结构。将Au
20
Cu
80
的金属条带置于Fe
3+
溶液中得到孔径、韧带分布均匀，表面富金的核壳结构AuCu3@Au。这种电极表现出优异的电催化还原二氧化碳性能，在RHE为-0.6V时CO的法拉第效率为97.27％，一氧化碳的分电流密度为5.3mA/cm。由于其良好的导电性和柔韧性，可直接制备长度约为23厘米的AuCu3多孔电极，在RHE为-0.7V时电流达到37.2mA。该专利技术为电催化还原二氧化碳提供了新的催化剂研发思路，为其工业化应用提供了简易技术。
[0016]本专利技术提供了一种新型电催化还原二氧化碳电极的制备方法和应用，该电极材料为三维纳米多孔AuCu3，是表面富有金层的三维纳米多孔核壳结构。本专利技术所述方法具有工艺简单，成本低廉、重复性好的特点，能够制备出组分可控、高活性及选择性、稳定性良好的电催化还原二氧化碳电极。
[0017]本专利技术所述的三维纳米多孔且表面富金的核壳结构AuCu3@Au电极材料，制备步骤如下：
[0018](1)在40mL去离子水中加入0.0325g FeCl3，磁力搅拌后得到溶液A；
[0019](2)称取40mg原料Au
20
Cu
80
加入溶液A，磁力搅拌30min；
[0020](3)用去离子水冲洗若干次后真空干燥箱内干燥6-12h。
[0021]所述电催化还原二氧化碳电极材料在电催化还原二氧化碳方面的应用。
[0022]本专利技术发展了一种具有核壳结构的三维纳米多孔AuCu3@Au电极材料，在RHE为-0.6V时，CO的法拉第效率为97.27％，此时CO的分电流密度为5.3mA/cm2,表现出良好的活性、选择性及稳定性。
[0023]新型纳米多孔AuCu3@Au电极的电催化还原二氧化碳性能研究，方法如下：
[0024]分别配制40mL 0.5M KHCO3溶液置于H型电解池两个半电池中，选取长度为2cm的AuCu3电极材料作为工作电极，选取铂片为对电极，银氯化银电极为参比电极，向溶液中通入高纯二氧化碳30min，在磁力搅拌下，用CHI 760E电化学工作站测试，每间隔25min进行取样，产物进入气相色谱对其进行分析，确定产物含量。反应结束后将催化剂回收。
[0025]催化剂制备采用氧化刻蚀法合成：在Fe
3+
体系中得到孔径分布均匀，表面富金核壳结构的AuCu3@Au电极。本专利技术制备的电催化材料，具有高活性、选择性及稳定性，可直接用做电极；制备的长块体电极在RHE为-0.7V时电流达到37.2mA，推动了电催化还原二氧化碳的工业化应用。这些特征表明该类电极材料在CO2资源循环利用应领域具有较高的应用价值。
[0026]所述具有核壳结构的纳米多孔电极材料最优选的组成为：表面壳金铜比为2:1，内部金铜比为1:3，表达式为AuCu3@Au。表面铜的存在使金铜之间发生电子转移，降低了Au表面平均配位数,从而降低了*COOH的自由能，提高了CO的析出效率。此外，多孔结构的形成，使表面形成大量活性位点，有利于CO2的吸附。
[0027]上述电极材料在电催化还原二氧化碳方面有良好的应用效果，是符合碳资源循环利用的新型电催化材料。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术通过简便的一步法制备具
有核壳结构的三维纳米多孔新型电催化还原二氧化碳电极，并有效应用于电催化还原二氧化碳。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型电催化还原二氧化碳电极材料，其特征在于：所述电极材料具有三维纳米多孔结构，表面富金而形成核壳结构，表面壳金铜比为2:1，内部金铜比为1:3，表达式为AuCu3@Au。2.一种权利要求1所述新型电催化还原二氧化碳电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在40-100mL去离子水中加入0.0325-1g FeCl3，磁力搅拌后得到溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：安长华，马小茗，姚爽，闫文秀，安超，肖雄，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：