一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用。制备方法为：将泡沫铜倾斜置于含硒源、碱源、还原剂和碱金属盐的混合溶液中，于反应釜中进行水热反应，制备得到。本发明专利技术将K

【技术实现步骤摘要】
一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备方法及电催化交叉应用领域，具体涉及一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]电催化二氧化碳还原为减少温室气体排放提供了一种可持续的途径。在CO2电还原产物中C
2+
产物因其比C1产物具有更高的能量密度和更高的价值而备受关注。乙醇作为CO2电还原的液体C2产物，储存和运输方便，被广泛用作溶剂、有机化学品和消毒剂生产的原料。然而，由于C
‑
C耦合的困难以及乙醇产生与其它C
2+
产物的竞争，目前能高活性和选择性电催化CO2还原获得乙醇产物的催化剂仍然很少。因此，开发高活性、选择性和稳定性的CO2电还原催化剂选择性驱动C
‑
C耦合形成乙醇非常关键。
[0003]众所周知，铜是唯一能产生C
2+
产物的单金属催化剂。然而，金属铜的过电位高，产物种类多，C
2+
产物选择性低。此外，铜基材料对于析氢反应(HER)具有较低的能垒和较高的反应动力学，而C
2+
产物一般在更负的电位范围内产生，这将不可避免地导致较多析氢副反应的发生。铜硫属化合物不同的纳米结构已经应用于CO2电还原中，组成中的S或Se元素可以提高催化活性，但大多限于C1产物。
[0004]现有技术中硒化亚铜(Cu2Se)催化剂制备方法较复杂，制备成本较高且用于电催化二氧化碳还原反应活性低、选择性差和稳定性差等问题依然限制电催化二氧化碳还原的发展和应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料及其制备方法，通过一步液相反应制备出以泡沫铜为导电基底的K掺杂Cu2Se纳米片阵列结构材料。
[0006]本专利技术还有一个目的在于提供一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的应用，用于电催化CO2还原反应。本专利技术制备的材料，Cu2Se纳米片暴露的(220)晶面有利于
*
CO中间体的吸附。K
+
离子掺杂进入Cu2Se晶格中可以更好地保护Cu
+
物种，同时增强了
*
CO中间体的结合强度，有利于后续C
‑
C耦合，加快了电催化CO2向乙醇的转化，提高催化剂电催化CO2还原成乙醇的活性、选择性和稳定性。
[0007]本专利技术具体技术方案如下：
[0008]一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的制备方法，具体为：
[0009]将泡沫铜倾斜置于含硒源、碱源、还原剂和钾盐的混合溶液中，于反应釜中进行水热反应，制备得到K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料。
[0010]所述含硒源、碱源、还原剂和钾盐的混合溶液的制备方法为：将硒源、碱源、还原剂、钾盐溶解在水中，搅拌，获得混合溶液。
[0011]所述水优选为去离子水，体积为20
‑
35mL。
[0012]所述硒源和钾盐的物质的量之比为3:1
‑
3，优选为3:2。
[0013]所述硒源、碱源、还原剂的物质的量之比为：3:500
‑
2500:5
‑
25。
[0014]所述碱源的加入量为50
‑
250mmol，优选为150mmol。
[0015]所述还原剂的加入量为0.5
‑
2.5mmol，优选为1.5mmol。
[0016]所述硒源在混合溶液中浓度为0.008
‑
0.015M；
[0017]所述硒源为硒粉(Se)；
[0018]所述碱源为氢氧化钠(NaOH)；
[0019]所述还原剂为硼氢化钠(NaBH4)；
[0020]所述钾盐为溴化钾(KBr)。
[0021]所述水热反应的条件为100
‑
140℃下反应5
‑
7h，优选为120℃下反应6h。
[0022]所述泡沫铜使用前需进行清洗，具体清洗方法为：先用6M盐酸浸泡15min除去表层的氧化膜，然后用去离子水和无水乙醇清洗，使用时裁剪成2
×
3cm大小。
[0023]所述水热反应在聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行。
[0024]进一步的，上述制备方法中，水热反应结束后，自然冷却至室温，洗涤、干燥，即得。
[0025]所述洗涤为：先用去离子水洗涤3
‑
5次，再用无水乙醇洗涤3
‑
5次。
[0026]所述干燥为：60℃真空干燥箱中干燥12h。
[0027]制备过程中，泡沫铜倾斜放置，使样品能够均匀的生长在泡沫铜的两面。
[0028]本专利技术提供的一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料，制备的K掺杂Cu2Se纳米片阵列结构材料的形貌为横向尺寸为300
‑
1300nm的纳米片阵列。
[0029]本专利技术提供的一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的应用，作为电催化二氧化碳还原反应(CO2ER)电催化剂的应用。
[0030]所述K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料作为电催化二氧化碳还原反应(CO2ER)电催化剂的应用时，具体应用方法为：将K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料剪成0.5
×
0.5cm大小作为工作电极，用碳棒和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极，电解液为0.1M KHCO3溶液，在双电极电解槽中使用CHI 760E电化学工作站进行电化学测试；通过在饱和CO2的0.1M KHCO3电解液中进行LSV极化曲线和不同电压下乙醇的法拉第效率测试CO2ER性能。作为对比，研究了饱和Ar的0.1M KHCO3电解液中K掺杂Cu2Se纳米片阵列结构材料的LSV 极化曲线。线性扫描极化曲线(LSV)在5.0mV
·
s
‑1的扫描速率下进行。通过在恒定电压下测定电流密度时间曲线获得稳定性。电化学活性面积(ECSA)通过在无明显法拉第区域和不同扫描速率(6，7，8，9，10，11和12mV
·
s
‑1)下利用循环伏安测量电化学双电层电容(C
dl
)进行评估，测试电压范围为
‑
0.08到0.02V(相对可逆氢电极)；电化学阻抗(EIS)在100kHz至0.01Hz的频率范围内并在
‑
0.2V(相对可逆氢电极)进行测试。
[0031]专利技术人发现，在电解液中添加碱金属阳离子能够吸附在Cu电极表面，由于
*
CO中间体与电化学双电层中碱金属阳离子产生局域电场相互作用，显著促进
*
CO吸附，增加其在催化剂表面的覆盖度。专利技术人经过探索，将碱金属阳离子掺杂到Cu硫属化合物的晶格中，调节催化剂的电子结构和活性位点，优化
*
CO中间体和其它乙醇中间体在催化剂表面的吸附，有效生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：将泡沫铜倾斜置于含硒源、碱源、还原剂和碱金属盐的混合溶液中，于反应釜中进行水热反应，制备得到K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硒源和碱金属盐的物质的量之比为3:1
‑
3。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硒源、碱源、还原剂的物质的量之比为：3:500
‑
2500:5
‑
25。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硒源为硒粉。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碱源为氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正翠，丁连春，高峰，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：