一种磷酸铜催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铜催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括下述步骤：将包含铜盐、尿素、磷酸盐及碱的混合溶液进行反应即可；所述混合溶液的溶剂包括水和醇类物质；所述醇类物质与所述溶剂的体积比为(2

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铜催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种磷酸铜催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石能源的过度使用使得二氧化碳的浓度在大气中逐渐积累，带来了一系列严峻的环境问题，诸如全球气候变暖、海平面上升等，二氧化碳的减排和转化迫在眉睫。电催化二氧化碳还原反应能够将二氧化碳还原转化为其他高附加值的燃料和化学品，是有效缓解能源问题和环境问题的重要策略。更重要的是，电催化二氧化碳还原反应条件温和可控，通常在常温常压下即可发生，安全性比较高。
[0003]目前，在电催化二氧化碳还原反应制C2产物的催化剂中，通常使用的是金属铜、铜的氧化物、铜
‑
有机杂化材料以及铜
‑
碳复合材料等，然而以磷酸铜作为催化剂用于电催化二氧化碳还原反应制备C2产物的报道非常少，且法拉第效率不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术中磷酸铜催化剂用于电催化二氧化碳制备C2的过程中法拉第效率低的缺陷，提供了一种磷酸铜催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法原料价格低廉、合成工艺简单且重复性好，制得的磷酸铜催化剂的形貌为纳米片，纳米片的厚度小于100nm，在用于电催化二氧化碳制备C2产物中展现了较高的法拉第效率。
[0005]本专利技术通过下述技术方案来解决上述技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种磷酸铜催化剂的制备方法，其包括下述步骤：将包含铜盐、尿素、磷酸盐及碱的混合溶液进行反应即可；
[0007]所述混合溶液的溶剂包括水和醇类物质；所述醇类物质与所述溶剂的体积比为(2
‑
10):55。
[0008]本专利技术中，所述铜盐可为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和磷酸铜中的一种或多种，例如硫酸铜。
[0009]本专利技术中，所述混合溶液中，铜盐的浓度可为0.005
‑
0.055mol/L，例如0.005mol/L、0.027mol/L或0.055mol/L。
[0010]本专利技术中，尿素在高温条件下可以水解生成NH
4+
，起到表面活性剂的作用，参与产物形貌的生成。
[0011]本专利技术中，所述铜盐和所述尿素的摩尔比可为1:(1.67
‑
166.67)，例如1:1.67、1:10或1:166.67。尿素含量的增加有利于增加纳米片大小，提高活性位点；若尿素含量过多，制得的片状太大，制成气体扩散电极后，测试过程中易脱落。
[0012]本专利技术中，所述混合溶液中，尿素的浓度可为0.091
‑
0.909mol/L，例如0.091mol/L、0.273mol/L或0.909mol/L。
[0013]本专利技术中，所述磷酸盐可为磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二
钾中的一种或多种，例如磷酸氢二钾。
[0014]本专利技术中，所述铜盐和所述磷酸盐的摩尔比可为1：(4
‑
13.33)，例如1:4、1:5或1:13.33。
[0015]本专利技术中，所述混合溶液中，磷酸盐的浓度可为0.073
‑
0.273mol/L，例如0.073mol/L、0.109mol/L或0.273mol/L。
[0016]本专利技术中，所述碱可为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种，例如氢氧化钠。
[0017]本专利技术中，所述铜盐和所述碱的摩尔比可为小于1:6.67，优选为1:(6.67
‑
16.67)，例如1:6.67或1:16.67。过量的碱便于生成较多的氢氧化铜，与磷酸盐充分反应。
[0018]本专利技术中，所述混合溶液中，碱的浓度可为0.091
‑
0.364mol/L，例如0.091mol/L、0.182mol/L或0.364mol/L。
[0019]本专利技术中，所述溶剂的用量可为将溶质溶解即可。
[0020]本专利技术中，所述水可为去离子水。
[0021]本专利技术中，所述醇类物质可为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇和正丁醇中的一种或多种，例如乙二醇。所述醇类物质占所述溶剂的体积比会影响产物的物相及相貌；若无醇类物质或含量过少，制得的产品杂乱无序。
[0022]本专利技术中，所述醇类物质与所述溶剂的体积比优选为(5
‑
10):55，例如10:55；更优选地，所述醇类物质与所述水的体积比为(5
‑
10):45，例如10:45。
[0023]本专利技术中，优选地，所述混合溶液中，不含表面活性剂。
[0024]其中，所述表面活性剂的种类可为本领域常规，例如PVP。
[0025]本专利技术中，优选地，所述混合溶液采用下述方法制得：将铜盐溶液、尿素溶液、磷酸盐溶液和碱液混合，即可；更优选地，先将所述铜盐溶液、所述尿素溶液和所述磷酸盐溶液混合，再加入所述碱液。加入碱液后，通过混合溶液的颜色可以判断产物的生成情况。
[0026]其中，所述铜盐溶液的浓度可为0.01
‑
0.1mol/L，例如0.01mol/L、0.05mol/L或0.1mol/L；
[0027]其中，所述尿素溶液的浓度可为0.5
‑
5.0mol/L，例如0.5mol/L、1.5mol/L或5mol/L；
[0028]其中，所述磷酸盐溶液浓度可为0.8
‑
3.0mol/L，例如0.8mol/L、1.2mol/L或3mol/L；
[0029]其中，所述碱液的浓度可为0.5
‑
2.0mol/L，例如0.5mol/L、1mol/L或2mol/L。
[0030]其中，所述混合可采用磁力搅拌的方式。
[0031]所述的磁力搅拌的时间可为0
‑
2h，例如1h或2h。
[0032]本专利技术中，所述反应的温度可为110
‑
220℃，例如110℃、160℃或220℃。
[0033]本专利技术中，所述反应的时间可为0.25
‑
6h，例如0.25h、1h、1.5h或6h，优选为1
‑
6h。
[0034]本专利技术中，所述反应可在惰性气体的保护下进行。
[0035]其中，所述惰性气氛一般是指不参与体系反应的气体形成的气氛，不局限于惰性气体，还可以为氮气。例如，所述惰性气氛中的气体可为氮气、氦气、氩气和氦气中的一种或多种。
[0036]本专利技术中，所述反应的反应容器可为本领域常规，例如三口烧瓶。
[0037]本专利技术中，所述反应后，还可进行冷却、离心分离、干燥的操作。
[0038]其中，所述冷却可为自然冷却。
[0039]其中，所述冷却后的温度可为室温。
[0040]其中，所述离心分离的转速可为1000
‑
5000rpm，例如2000rpm。
[0041]其中，所述离心分离的时间可为2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铜催化剂的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将包含铜盐、尿素、磷酸盐及碱的混合溶液进行反应即可；所述混合溶液的溶剂包括水和醇类物质；所述醇类物质与所述溶剂的体积比为(2
‑
10):55。2.如权利要求1所述的磷酸铜催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和磷酸铜中的一种或多种，例如硫酸铜；和/或，所述混合溶液中，铜盐的浓度为0.005
‑
0.055mol/L，例如0.005mol/L、0.027mol/L或0.055mol/L；和/或，所述铜盐和所述尿素的摩尔比为1:(1.67
‑
166.67)，例如1:1.67、1:10或1:166.67；和/或，所述混合溶液中，尿素的浓度为0.091
‑
0.909mol/L，例如0.091mol/L、0.273mol/L或0.909mol/L；和/或，所述磷酸盐为磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二钾中的一种或多种，例如磷酸氢二钾；和/或，所述铜盐和所述磷酸盐的摩尔比为1：(4
‑
13.33)，例如1:4、1:5或1:13.33；和/或，所述混合溶液中，磷酸盐的浓度为0.073
‑
0.273mol/L，例如0.073mol/L、0.109mol/L或0.273mol/L；和/或，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种，例如氢氧化钠；和/或，所述铜盐和所述碱的摩尔比为小于1:6.67；优选为1:(6.67
‑
16.67)，例如1:6.67或1:16.67；和/或，所述混合溶液中，碱的浓度为0.091
‑
0.364mol/L，例如0.091mol/L、0.182mol/L或0.364mol/L。3.如权利要求1所述的磷酸铜催化剂的制备方法，其特征在于，所述水为去离子水；和/或，所述醇类物质为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇和正丁醇中的一种或多种，例如乙二醇；和/或，所述醇类物质与所述溶剂的体积比为(5
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10):55，例如10:55；优选地，所述醇类物质与所述水的体积比为(5
‑
10):45，例如10:45。4.如权利要求1所述的磷酸铜催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液采用下述方法制得：将铜盐溶液、尿素溶液、磷酸盐溶液和碱液混合，即可；优选地：先将铜盐溶液、尿素溶液和磷酸盐溶液混合，再加入碱液；优选地，所述混合采用磁力...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会会，李春忠，张婷婷，李聪聪，史皓峻，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：