铜基催化剂及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极和应用技术

本发明专利技术提供了一种铜基催化剂及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极和应用，涉及催化剂技术领域。该制备方法先提供含铜化合物、低碳醇和水以及任选的C3N4形成的混合物A，然后将双氧水加入到混合物A中进行紫外光照射，将紫外光照射后混合物A中形成的沉淀分离，干燥，得到铜基催化剂。本发明专利技术还提供了一种铜基催化剂，采用上述制备方法制得，该铜基催化剂具有均匀且特定形貌的结构或者组成，从而使得该铜基催化剂可为电催化二氧化碳深度还原为多碳产物提供了高活性位点，进而增强其对产物的选择性。本发明专利技术提供了一种用于电催化还原二氧化碳的催化电极，采用上述铜基催化剂制成。制成。制成。

【技术实现步骤摘要】
铜基催化剂及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其是涉及一种铜基催化剂及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极和应用。

技术介绍

[0002]CO2浓度的不断攀升大大加剧了全球变暖、冰川融化、海洋酸化等问题，对全人类和地球生物的生存产生了巨大的影响。如何减少大气中CO2浓度，各国科学家进行了积极的探索，并已经研究了许多方法，包括热法加氢还原、催化共聚、高温催化氢化、光催化还原，电催化还原等。其中，电催化还原由于其反应条件温和、操作简单、能耗低等特点受到广泛的关注。
[0003]电催化还原CO2的关键在于开发高效的电催化剂。在电催化剂的研究中金属基催化剂因其天然的导电优势，被广泛应用。在实践过程中发现，不同的金属基催化剂对产物有着不同取向的选择性，其中铜基催化剂由于其优异的导电性和易得性被应用到电催化还原CO2中。应用于铜基催化剂的铜类型有很多，从块状铜到纳米铜，再到复合铜材料等，从单质到氧化态、络合态等，铜组成、结构和尺寸对其催化性能有重要影响。铜基催化剂是目前被发现可以产多碳产物的金属基催化剂，但是存在着产物众多，选择性较差的缺点。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种铜基催化剂的制备方法。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种铜基催化剂，采用上述制备方法制得。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供一种用于电催化还原CO2的催化电极，采用上述铜基催化剂制得。
[0008]本专利技术的第四目的在于提供上述铜基催化剂或用于电催化还原CO2的催化电极的应用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0010]本专利技术提供了一种铜基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]提供含铜化合物、低碳醇和水以及任选的氮化碳(C3N4)形成的混合物A；
[0012]将双氧水加入到混合物A中进行紫外光照射，将紫外光照射后混合物A中形成的沉淀分离，干燥，得到铜基催化剂。
[0013]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述含铜化合物包括硫酸铜、氯化铜、硝酸铜或乙酰丙酸铜中的任意一种或至少两种的组合；
[0014]优选的，所述低碳醇包括碳原子数为C1
‑
C4的醇，进一步优选包括甲醇、乙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述含铜化合物、低碳醇和水的质
量比为(0.05
‑
0.50)：(1
‑
20)：(50
‑
100)，进一步优选为(0.20
‑
0.30)：(5
‑
15)：(60
‑
80)；
[0016]优选的，当混合物A中含有C3N4时，所述含铜化合物、氮化碳、低碳醇和水的质量比为(0.05
‑
0.50)：(0.001
‑
0.050)：(1
‑
20)：(50
‑
100)，进一步优选为(0.20
‑
0.30)：(0.005
‑
0.015)：(5
‑
15)：(60
‑
80)。
[0017]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，将含铜化合物、水以及任选的C3N4进行超声混合，超声过程中加入低碳醇，得到混合物A；
[0018]优选的，所述超声的功率为300
‑
600W，超声的时间为10
‑
30min。
[0019]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述双氧水的浓度为20
‑
35％；
[0020]优选的，所述双氧水与低碳醇的质量比为1：(1
‑
3)。
[0021]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述紫外光照射的时间为5
‑
60min；
[0022]优选的，紫外光照射时所采用的紫外光源的功率为300
‑
600W；
[0023]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述干燥包括冷冻干燥或加热干燥；
[0024]优选的，所述冷冻干燥的温度为
‑
40～
‑
20℃，冷冻干燥的时间为12
‑
24h；
[0025]优选的，所述加热干燥的温度50
‑
70℃，加热干燥的时间为12
‑
24h。
[0026]本专利技术还提供了一种铜基催化剂，采用上述铜基催化剂的制备方法制成。
[0027]本专利技术还提供了一种用于电催化还原CO2的催化电极，采用上述铜基催化剂制成。
[0028]本专利技术还提供了上述铜基催化剂或于电催化还原CO2的催化电极在电催化还原CO2领域中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
[0030](1)本专利技术提供了一种铜基催化剂的制备方法，先提供含铜化合物、低碳醇和水以及任选的C3N4形成的混合物A，然后将双氧水加入到混合物A中进行紫外光照射，将紫外光照射后混合物A中形成的沉淀分离，干燥，得到铜基催化剂；
[0031]当混合物A中未添加C3N4时，该制备方法以特定种类的低碳醇作为空穴牺牲剂，采用反应条件温和的光还原法制备铜基催化剂。在紫外光照射下，双氧水能够产生大量的光生电子和空穴，由于低碳醇具有较高的还原性，能够结合更多的光生空穴，避免了光生电子和空穴的复合，从而使得光生电子能够将Cu
2+
还原为Cu
+
和/或Cu0。经检测，采用该制备方法制得的铜基催化剂具有独特的结构(类球状结构或多面体结构)，使得催化活性位点充分暴露；
[0032]当混合物A中添加C3N4时，该制备方法采用反应条件温和的光还原法，制备以C3N4为载体的具有均匀形貌结构的铜基催化剂。具体的，在紫外光照射下，双氧水能够产生大量的光生电子和空穴，由于低碳醇具有较高的还原性，能够结合更多的光生空穴，避免了光生电子和空穴的复合，从而使得光生电子能够将Cu
2+
还原为Cu
+
和/或Cu0。同时，该铜基催化剂利用铜增强C3N4的导电性，同时利用C3N4的多孔结构吸附CO2，并且分散铜活性中心，避免聚集；经检测，采用上述制备方法制得的铜基催化剂为球形纳米颗粒，为CO2和中间产物的吸附提供了很好的场所，并使得反应的比表面积极大增加，更大程度得暴露催化剂的活性位点，增大铜活性中心与反应物和中间产物的接触面积，增强其对产物的选择性，使其可作为高效电催化还原CO2的电催化剂。
[0033](2)本专利技术提供了一种铜基催化剂，鉴于上述制备方法所具有的优势，使得该铜基催化剂具有均匀且特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供含铜化合物、低碳醇和水以及任选的氮化碳形成的混合物A；其中，所述低碳醇包括碳原子数为C1
‑
C4的醇；将双氧水加入到混合物A中进行紫外光照射，将紫外光照射后混合物A中形成的沉淀分离，干燥，得到铜基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含铜化合物包括硫酸铜、氯化铜、硝酸铜或乙酰丙酸铜中的任意一种或至少两种的组合；优选的，所述低碳醇包括甲醇、乙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当混合物A中未含有氮化碳时，所述含铜化合物、低碳醇和水的质量比为(0.05
‑
0.50)：(1
‑
20)：(50
‑
100)，进一步优选为(0.20
‑
0.30)：(5
‑
15)：(60
‑
80)；优选的，当混合物A中含有氮化碳时，所述含铜化合物、氮化碳、低碳醇和水的质量比为(0.05
‑
0.50)：(0.001
‑
0.050)：(1
‑
20)：(50
‑
100)，进一步优选为(0.20
‑
0.30)：(0.005
‑
0.015)：(5
‑
15)：(60
‑
80)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将含铜化合物、水以及任...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁汇，鲁佩芳，焦振梅，胡涵，赵青山，吴文婷，李忠涛，吴明铂，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：