一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法技术

本发明专利技术涉及一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法，具体过程为：将2个失活的铜催化剂平行放置于含二价铜离子的水溶液中，组成两电极电化学电池体系；水溶液中二价铜离子浓度为0.1M～0.5M,在+2V～+10V的正电压下停留1～60s，再在

【技术实现步骤摘要】
一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法


[0001]本专利技术涉及电化学
，尤其涉及一种用于电化学法还原二氧二碳的铜催化剂失活后再生并提高其循环稳定性的方法。

技术介绍

[0002]化石能源的过度消耗导致大气中二氧化碳的浓度持续上升，由此引发的“温室效应”导致全球变暖，极大危害人类赖以生存的环境。电催化还原二氧化碳可以有效地固定二氧化碳，并将其转化为高附加值的化学品，不仅缓解了二氧化碳引起的全球气候变暖，还实现了碳循环，即将碳转化为具有较高利用价值的化工产品，因此是一种具有广阔应用前景和重要社会意义的技术。
[0003]电催化二氧化碳还原的性能与反应条件高度相关，如催化剂种类、电压、电解质溶液、二氧化碳浓度、反应温度与压力等，其中催化剂的种类对其影响尤为关键。铜基材料因其成本较低且是目前唯一能产生多碳产物的电极，常被用作二氧化碳还原的催化剂；但是，反应过程中活性位点的消耗和表面积碳的形成极易使铜基催化剂失活。另一方面，银作为电催化二氧化碳还原的催化剂已经实现了连续数千小时产生一氧化碳，而铜基催化剂产生 C2产物的稳定性通常仅维持在几十个小时内，仅有少量的研究报道其稳定性能达到数百小时。因此，制备电催化二氧化碳还原过程中稳定性好、活性高的铜基催化剂具有重要意义。
[0004]在电催化二氧化碳还原过程中，铜的氧化物不仅能降低反应过电势，还能增加C2产物的产率。目前，电化学合成铜氧化物的方法主要有恒电压沉积、恒电流沉积和脉冲沉积法等。Wang等(Wang,H.T.,et al.,Nat.Catal.,2018.1(2):111
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119)通过三电极体系采用脉冲法合成催化剂，在此体系中，铜箔为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极，另一个铜箔作为对电极；Dai等(Dai,H.J.,et al.,J.Am.Chem.Soc.,2020.142(16): 7276
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7282)报道了以铜箔为工作电极、SCE为参比电极、石墨为对电极的三电极体系，通过脉冲法合成了电催化剂；这些研究表明，铜箔的交替氧化和还原有利于提高二氧化碳还原的能力，但是催化剂的稳定性并不是很好。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法，二氧化碳还原反应中当铜催化剂性能衰减时，通过脉冲处理使其再生，循环多次后使铜催化剂具有较好的稳定性和活性。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法，采用脉冲方法再生失活的铜催化剂；具体过程为：将2个失活的铜催化剂平行放置于含二价铜离子的水溶液中，组成两电极电化学电池体系；水溶液中二价铜离子浓度为0.1M～0.5M,在+2V～+10V的正电压下停留1～ 60s，再在
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10V～
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2V的负电压下停留1～60s,循环10～1000次，然后用去离子水冲洗铜片表面残留的电解质溶液，室温下干燥，得到再生的铜催化剂。
[0008]所述两电极电化学电池体系中，通过电化学工作站设置脉冲电位程序。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0010]1)采用多次脉冲法，使得活性降低的铜催化剂重新再生，提高了其在电化学二氧化碳还原反应过程中的稳定性，并保持了其对乙烯产物的高选择性；
[0011]2)方法简单易行，实现了铜催化剂的循环反复使用，降低了生产成本。
附图说明
[0012]图1是实施例1中采用脉冲法实现铜催化剂再生的原理示意图。
[0013]图2是实施例1中脉冲循环处理示意图。
[0014]图3a是实施例1中电抛光铜片(Cu
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polished)、脉冲合成工作电极端铜催化剂 (CuPulseWE100)及脉冲合成对电极端铜催化剂(CuPulseCE100)的GIXRD图。
[0015]图3b是实施例1中电抛光铜片(Cu
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polished)、脉冲合成工作电极端铜催化剂 (CuPulseWE100)及脉冲合成对电极端铜催化剂(CuPulseCE100)的铜俄歇谱图。
[0016]图4a是实施例1中不经处理铜片的SEM图一。
[0017]图4b是实施例1中不经处理铜片的SEM图二。
[0018]图4c是实施例1中经电抛光铜片的SEM图一。
[0019]图4d是实施例1中经电抛光铜片的SEM图二。
[0020]图4e是实施例1中经一次脉冲再生工作电极端铜催化剂的SEM图一。
[0021]图4f是实施例1中经一次脉冲再生工作电极端铜催化剂的SEM图二。
[0022]图4g是实施例1中经一次脉冲再生对电极端铜催化剂的SEM图一。
[0023]图4h是实施例1中经一次脉冲再生对电极端铜催化剂的SEM图二。
[0024]图5a是实施例1经电抛光铜片制备得到铜催化剂的二氧化碳还原稳定性测试结果。
[0025]图5b是实施例1经一次脉冲再生对电极端铜催化剂的二氧化碳还原稳定性测试结果。
[0026]图5c是实施例1经六次脉冲再生对电极端铜催化剂的二氧化碳还原稳定性测试结果。
[0027]图5d是实施例1经六次脉冲再生对电极端铜催化剂进行二氧化碳还原稳定性测试10h 后的结果。
[0028]图5e是实施例1经四次脉冲再生对电极端铜催化剂的二氧化碳还原稳定性测试结果。
[0029]图5f是实施例1中C2H4/CH4随Cdl的变换关系。
[0030]图6a是实施例1中二氧化碳还原反应后电抛光铜片(Cu polished)、脉冲再生工作电极端铜催化剂(CuPulseWE100)及脉冲再生对电极端铜催化剂(CuPulseCE100)的GIXRD 图。
[0031]图6b是实施例1中二氧化碳还原反应后电抛光铜片(Cu polished)、脉冲再生工作电极端铜催化剂(CuPulseWE100)及脉冲再生对电极端铜催化剂(CuPulseCE100)的铜俄歇谱图。
[0032]图7a是实施例1多次脉冲再生铜催化剂经过二氧化碳还原后的SEM图一。
[0033]图7b是实施例1多次脉冲再生铜催化剂经过二氧化碳还原后的SEM图二。
具体实施方式
[0034]本专利技术是一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法，采用脉冲方法再生失活的铜催化剂；具体过程为：将2个失活的铜催化剂平行放置于含二价铜离子的水溶液中，组成两电极电化学电池体系；水溶液中二价铜离子浓度为0.1M～0.5M,在+2V～+10V的正电压下停留1～60s，再在
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10V～
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2V的负电压下停留1～60s,循环10～1000次，然后用去离子水冲洗铜片表面残留的电解质溶液，室温下干燥，得到再生的铜催化剂。
[0035]所述两电极电化学电池体系中，通过电化学工作站设置脉冲电位程序。
[0036]以下实施例在以本专利技术技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜催化剂再生并提高循环稳定性的方法，其特征在于，采用脉冲方法再生失活的铜催化剂；具体过程为：将2个失活的铜催化剂平行放置于含二价铜离子的水溶液中，组成两电极电化学电池体系；水溶液中二价铜离子浓度为0.1M～0.5M,在+2V～+10V的正电压下停留1～60s，再在
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10V～...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓西，张健，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：