一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法和应用技术

一种纳米Cu‑Ce合金催化剂的制备方法和应用，它涉及一种合金催化剂的制备方法和应用。本发明专利技术要解决现有Cu催化还原CO

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法和应用
本专利技术涉及一种合金催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
CO2资源化具有多种途径，有催化氢化、光催化还原及电催化还原等方法。利用电化学方法把CO2转化为有价值的化学品和燃料，反应条件温和，不需要高温高压，设备操作灵活，能量利用效率高，并且可通过简单地改变电解条件来调控产物选择性和反应速度，因此被认为是一种很有前途的方法，来缓解碳累积排放和储存可再生能源。电化学CO2还原反应(CO2RR)领域不断发展，尤其是一氧化碳(CO)和甲酸等单碳的产物。然而，乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)、正丙醇(n-C3H7OH)等有价值的C2+产品在CO2RR中仍处于选择性和活性平衡的困境，阻碍了其进一步的工业应用。铜目前是唯一适合产C2+产品的单金属电催化剂，但CO2RR对C2+产物的耦合存在复杂性，因为涉及到C-C的偶联步骤，不仅涉及多个电子转移和质子化步骤，而且还要在多相催化剂上进行各种偶联路径，使得活性和选择性方面需要改进，因此，现有Cu催化还原CO2产C2H4时，存在C2H4的法拉第效率差、电流密度低及竞争析氢反应严重的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有Cu催化还原CO2产C2H4时，存在C2H4的法拉第效率差、电流密度低及竞争析氢反应严重的问题，而提供一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法和应用。一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，它是按以下步骤完成的：一、称量：称取表面活性剂、含醇有机溶剂、铜盐和铈盐，然后将含醇有机溶剂按体积比分为含醇有机溶剂A、含醇有机溶剂B及含醇有机溶剂C；所述的表面活性剂的物质的量与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；所述的铜盐与铈盐的摩尔比为(0.1～99):1；所述的铜盐与铈盐的物质的量之和与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；二、制备表面活性剂醇溶液：将表面活性剂溶解于含醇有机溶剂A中，得到表面活性剂醇溶液；三、制备前驱体盐溶液：将铜盐溶解于含醇有机溶剂B中，将铈盐溶解于含醇有机溶剂C中，得到前驱体铜盐溶液和前驱体铈盐溶液；四、还原：将表面活性剂醇溶液搅拌加热至温度为100℃～150℃，以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铈盐溶液，并升温至200℃～300℃，再以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铜盐溶液，并在温度为200℃～300℃的条件下，搅拌反应5min～60min，反应结束后，以降温速率为5℃/min～40℃/min冷却至室温，得到反应产物；五、分离、清洗、干燥：将反应产物进行离心分离、清洗及干燥，得到纳米Cu-Ce合金催化剂。一种纳米Cu-Ce合金催化剂的应用，纳米Cu-Ce合金催化剂为阴极催化剂制备工作电极，用于电催化还原CO2制C2H4。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术制备的纳米Cu-Ce合金催化剂用于CO2电催化还原产C2H4的活性和选择性较高。二、本专利技术制备的纳米Cu-Ce合金催化剂中Cu和Ce均匀分布在纳米粒子上，Ce的引入改变了Cu的晶体结构；三、本专利技术制备的纳米Cu-Ce合金催化剂表现出显著的合金效应，Ce的加入有效提升对C2H4的产物选择性，同时抑制其他产物的生成；当纳米Cu-Ce合金催化剂中铜元素与铈元素的摩尔比为5.6:1时，其在电流密度在150mA/cm2时，C2H4最高法拉第效率可达52.3％，是Cu纳米粒子的1.64倍。本专利技术用于一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法和应用。附图说明图1为对比实验一制备的Cu纳米粒子的TEM图；图2为实施例一制备的纳米Cu-Ce合金催化剂的TEM图；图3为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂的TEM图；图4为实施例三制备的纳米Cu-Ce合金催化剂的TEM图；图5为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂的EDS-Mapping图，a为STEM图，b为Cu元素，c为O元素，d为Ce元素；图6为XRD图，1为对比实验一制备的Cu纳米粒子，2为实施例一制备的纳米Cu-Ce合金催化剂，3为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂，4为实施例三制备的纳米Cu-Ce合金催化剂；图7为对比实验一制备的Cu纳米粒子电催化还原CO2制各个产物的法拉第效率-电流密度图，1为H2，2为CO，3为CH4，4为C2H4；图8为实施例一制备的纳米Cu-Ce合金催化剂电催化还原CO2制各个产物的法拉第效率-电流密度图，1为H2，2为CO，3为CH4，4为C2H4；图9为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂电催化还原CO2制各个产物的法拉第效率-电流密度图，1为H2，2为CO，3为CH4，4为C2H4；图10为实施例三制备的纳米Cu-Ce合金催化剂电催化还原CO2制各个产物的法拉第效率-电流密度图，1为H2，2为CO，3为CH4，4为C2H4；图11为电催化还原CO2制C2H4法拉第效率-电流密度图，1为实施例一制备的纳米Cu-Ce合金催化剂，2为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂，3为实施例三制备的纳米Cu-Ce合金催化剂，4为对比实验一制备的Cu纳米粒子；图12为电流密度图，1为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂在CO2氛围的电流密度图，2为实施例二制备的纳米Cu-Ce合金催化剂在Ar氛围的电流密度图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，它是按以下步骤完成的：一、称量：称取表面活性剂、含醇有机溶剂、铜盐和铈盐，然后将含醇有机溶剂按体积比分为含醇有机溶剂A、含醇有机溶剂B及含醇有机溶剂C；所述的表面活性剂的物质的量与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；所述的铜盐与铈盐的摩尔比为(0.1～99):1；所述的铜盐与铈盐的物质的量之和与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；二、制备表面活性剂醇溶液：将表面活性剂溶解于含醇有机溶剂A中，得到表面活性剂醇溶液；三、制备前驱体盐溶液：将铜盐溶解于含醇有机溶剂B中，将铈盐溶解于含醇有机溶剂C中，得到前驱体铜盐溶液和前驱体铈盐溶液；四、还原：将表面活性剂醇溶液搅拌加热至温度为100℃～150℃，以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铈盐溶液，并升温至200℃～300℃，再以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铜盐溶液，并在温度为200℃～300℃的条件下，搅拌反应5min～60min，反应结束后，以降温速率为5℃/min～40℃/min冷却至室温，得到反应产物；五、分离、清洗、干燥：将反应产物进行离心分离、清洗及干燥，得到纳米Cu-Ce合金催化剂。步骤一中所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：/n一、称量：/n称取表面活性剂、含醇有机溶剂、铜盐和铈盐，然后将含醇有机溶剂按体积比分为含醇有机溶剂A、含醇有机溶剂B及含醇有机溶剂C；/n所述的表面活性剂的物质的量与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；所述的铜盐与铈盐的摩尔比为(0.1～99):1；所述的铜盐与铈盐的物质的量之和与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；/n二、制备表面活性剂醇溶液：/n将表面活性剂溶解于含醇有机溶剂A中，得到表面活性剂醇溶液；/n三、制备前驱体盐溶液：/n将铜盐溶解于含醇有机溶剂B中，将铈盐溶解于含醇有机溶剂C中，得到前驱体铜盐溶液和前驱体铈盐溶液；/n四、还原：/n将表面活性剂醇溶液搅拌加热至温度为100℃～150℃，以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铈盐溶液，并升温至200℃～300℃，再以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铜盐溶液，并在温度为200℃～300℃的条件下，搅拌反应5min～60min，反应结束后，以降温速率为5℃/min～40℃/min冷却至室温，得到反应产物；/n五、分离、清洗、干燥：/n将反应产物进行离心分离、清洗及干燥，得到纳米Cu-Ce合金催化剂。/n...

【技术特征摘要】
1.一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、称量：
称取表面活性剂、含醇有机溶剂、铜盐和铈盐，然后将含醇有机溶剂按体积比分为含醇有机溶剂A、含醇有机溶剂B及含醇有机溶剂C；
所述的表面活性剂的物质的量与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；所述的铜盐与铈盐的摩尔比为(0.1～99):1；所述的铜盐与铈盐的物质的量之和与含醇有机溶剂的体积比为(0.5～2)mmol:100mL；
二、制备表面活性剂醇溶液：
将表面活性剂溶解于含醇有机溶剂A中，得到表面活性剂醇溶液；
三、制备前驱体盐溶液：
将铜盐溶解于含醇有机溶剂B中，将铈盐溶解于含醇有机溶剂C中，得到前驱体铜盐溶液和前驱体铈盐溶液；
四、还原：
将表面活性剂醇溶液搅拌加热至温度为100℃～150℃，以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铈盐溶液，并升温至200℃～300℃，再以加入速率为0.05mL/s～0.3mL/s，加入前驱体铜盐溶液，并在温度为200℃～300℃的条件下，搅拌反应5min～60min，反应结束后，以降温速率为5℃/min～40℃/min冷却至室温，得到反应产物；
五、分离、清洗、干燥：
将反应产物进行离心分离、清洗及干燥，得到纳米Cu-Ce合金催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的表面活性剂为十八烷基胺盐酸盐、聚乙烯吡咯烷酮或仲烷基磺酸钠。


3.根据权利要求1所述的一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铜盐为Cu(CH3COO)2、Cu(SO4)2·5H2O或CuCl2·2H2O。


4.根据权利要求1所述的一种纳米Cu-Ce合金催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铈盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志江，单晶晶，
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