一种ZnO/CuSe电催化材料的制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种复合材料，在六边形CuSe纳米片上复合ZnO纳米颗粒，我们做了一系列比例包括5％，10％，20％，40％，60％比例的ZnO/CuSe的复合材料，其中，40％的ZnO/CuSe具有最优异的电催化性能，在

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/CuSe电催化材料的制备方法及其用途


[0001]本专利技术属于催化材料
，具体来讲，涉及一种应用于电催化还原CO2的复合催化剂的制备方法及其应用。
[0002]专利技术背景
[0003]随着社会文明的提升以及工业化的迅速发展，人类的一系列活动与CO2排放的关系也日益密切。到目前为止，对于能源的转化仍然主要需要进行化石燃料的燃烧来实现，但以煤炭，石油，天然气为代表的一次化石能源由于其不可再生性导致的能源短缺，以及燃烧之后所引发的空气中CO2含量的剧烈升高，均导致了一次化石能源在如今社会中使用的局限性。因此，如何开发新能源来逐渐取代化石燃料，从而降低大气中CO2的排放浓度，已经成为了一个热门的课题。
[0004]近年来，二维(2D)材料，尤其是Klockmannite相CuSe纳米片由于其快速的电子传输能力和表面上更多的活性位点而成为电催化研究的热点。但是，单纯的CuSe纳米片易于团聚，阻止了CO2在催化剂上的扩散，进而阻碍了CO2RR的电催化性能。最近，多种将CuSe与半导体复合的策略被提出，对于提高电催化性能非常重要。
[0005]作为功能性强并且有前途的以及多用途的无机材料，ZnO具有广泛的应用范围，目前应用到光学，半导体，电导率，化学传感器及太阳能电池等。作为一种n型半导体，由于其宽带隙的存在(带隙为3.37eV)，在许多光催化中具有广泛的用途。但目前单纯的ZnO存在的缺点是带隙过宽，只能在紫外光响应的条件下被活化，因此为了提升其使用效率，对单纯的ZnO作出了一些改性工作，如金属原子的掺杂及复合材料的构建等策略。目前，以ZnO为基础的催化材料在光催化下得到了广泛的研究，但在电催化领域研究得相对较少，因此研究含ZnO的复合材料在电催化CO2还原的应用下显得至关重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种新型电催化剂的制备方法和应用，该催化剂对CO2还原为CO具有较高的选择性，并且在长时间的电解过程中保持良好的稳定性，且制备工艺简单，成本低，为新型催化剂的开发提供了新的研发思路。
[0007]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：
[0008]具体实施方案如下：
[0009]一、本专利技术提供了新型电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)利用水热法合成六边形状的CuSe纳米片：
[0011]在烧杯中称取20mg的Cu(AC)2.H2O与11mg的SeO2，然后加入15ml的油酸混合，为了得到更好具有的六边形形貌的纳米片，我们从溶剂的角度入手，对油酸的用量进行调整。此外，我们还发现油胺对于六边形晶面的各向异性的形成能够起到良好的效果。因此，我们在使用油酸的基础上，添加了油胺，并且调整了二者不同的比例。之后放入真空干燥箱中，在180℃的条件下加热8小时，冷却后离心，用无水乙醇洗涤3次，在60℃的干燥箱中干燥6小时，取出待用。
[0012](2)利用沉淀法制备ZnO纳米片，进一步转化成纳米颗粒：
[0013]首先，0.79g的NH4HCO3与1.36g的ZnCl2分别溶于20ml与15ml的蒸馏水中，将溶解好的ZnCl2溶液逐滴滴入NH4HCO3中，然后加入表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)，形成沉淀后，用乙醇洗涤3次，然后在干燥箱中60℃下干燥5小时，最后，将干燥后的样品放置马弗炉里200℃下加热1小时即为所得样品。
[0014](3)利用油浴加热法合成ZnO/CuSe复合材料：
[0015]首先，将不同质量的ZnO与CuSe分别加入装有15ml无水乙醇的烧杯中，在磁力搅拌器下以500rpm/min的转速搅拌30min，之后将二者转入至100ml的圆底烧瓶中，在80℃的油浴锅内搅拌5小时，完成后将产物离心，并用无水乙醇与去离子水分别洗涤3次，在60℃的干燥箱中干燥6小时，取出待用。
[0016]二、纳米电催化剂ZnO/CuSe的电催化还原CO2性能评价，方法如下：
[0017]在电化学测试之前，将0.1M KHCO3(两个腔室分别装有70mL)电解液中鼓入CO2气体至少30分钟，以除去其他残留气体，所有测试均在室温和压力下进行。使用气体流量阀(LZM
‑
3MB)使CO2气体以20mL/min的速度进入H型电解池，并通过在线气相色谱仪(GC
‑
7920)检测气体产物。使用火焰离子检测器(FID)检测CO的存在及浓度，使用热导检测器(TCD)来测量H2。
[0018]电化学性能测试在电化学工作站(CHI660E)上进行，用此来调节施加的电势。电化学阻抗谱(EIS)设定开路电压为0.352V，频率范围为0.01Hz至100kHz，振幅为5mV的条件下进行。在N2或CO2饱和的KHCO3电解质中，在0～
‑
1.4Vvs.RHE的电位区间内测试线性扫描伏安(LSV)曲线，扫描速率为20mV/s。电化学活性表面积(ECSA)通过双层电容(Cdl)进行评估，该电容是通过测量与循环伏安法(CV)曲线的扫描速率相关的电容性电流密度来确定的。根据以塔菲尔斜率通过LSV图来确定过电位及电流密度的数值。
附图说明
[0019]图1为本专利技术制备的不同比例的ZnO/CuSe复合材料与两种单纯催化剂的X射线衍射(XRD)图，即实施例2的XRD图；
[0020]图2为本专利技术制备的六边形的CuSe纳米片催化剂的扫描电镜(SEM)图，即实施例1的SEM图；
[0021]图3为本专利技术制备的复合材料ZnO/CuSe催化剂的(a)扫描电镜图和(b)透射电镜图，即实施例2的SEM和TEM图；
[0022]图4为本专利技术制备的不同比例的ZnO/CuSe复合材料电催化还原CO2为CO的法拉第效率，即实施例1和实施例2的性能测试图；
[0023]图5为本专利技术制备的复合材料ZnO/CuSe催化剂的稳定性测试结果图，即实施例2的复合材料稳定性能测试图；
[0024]实施例1：
[0025]具有电催化还原CO2性能的CuSe材料的制备与性能测试。
[0026](1)利用水热法合成六边形状的CuSe纳米片：
[0027]在烧杯中称取20mg的Cu(AC)2.H2O与11mg的SeO2，然后加入15ml的油酸混合，为了得到更好具有的六边形形貌的纳米片，我们从溶剂的角度入手，对油酸的用量进行调整。此
外，我们还发现油胺对于六边形晶面的各向异性的形成能够起到良好的效果。因此，我们在使用油酸的基础上，添加了油胺，并且调整了二者不同的比例。之后放入真空干燥箱中，在180℃的条件下加热8小时，冷却后离心，用无水乙醇洗涤3次，在60℃的干燥箱中干燥6小时，取出待用。
[0028](2)纳米电催化剂CuSe的电催化还原CO2性能研究
[0029]取5mg的CuSe样品溶解于500ul乙醇，500ul水与100ul的5wt％Nafion溶液中，超声30min形成均匀的墨水溶液，取30ul滴加至面积为1*1c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZnO纳米颗粒复合在CuSe纳米片上的复合催化剂的制备方法，其一维纳米颗粒与二维纳米片之间的异质结构的形成有助于增加活性表面积，增加活性位点的数量，并且可以提高电子转移的速率，进而提升了CO2电催化还原的性能。2.根据权利要求1所述的一种ZnO/CuSe复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用水热法合成六边形状的CuSe纳米片：在烧杯中称取20mg的Cu(AC)2.H2O与11mg的SeO2，然后加入15ml的油酸混合，为了得到更好具有的六边形形貌的纳米片，我们从溶剂的角度入手，对油酸的用量进行调整。此外，我们还发现油胺对于六边形晶面的各向异性的形成能够起到良好的效果。因此，我们在使用油酸的基础上，添加了油胺，并且调整了二者不同的比例。之后放入真空干燥箱中，在180℃的条件下加热8小时，冷却后离心，用无水乙醇洗涤3次，在60℃的干燥箱中干燥6小时，取出待用。(2)利用沉淀法制备ZnO纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹晓红，张浩，穆曼曼，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：