CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂及其制备与应用，所述催化剂以铜箔为基底，通过湿化学法原位生长得到催化活性物质，所述催化活性物质为氯化亚铜纳米团簇。催化剂的制备包括：对铜箔酸洗，去除表面杂质和氧化层；将酸洗后的铜箔放入酸性氯化铜溶液中进行原位生长；清洗原位生长后的铜箔，而后在惰性气氛下真空干燥后获得。催化剂的应用包括：以所述催化剂作为工作电极，采用恒电位电解，催化CO2电还原制备乙烯。本发明专利技术的催化剂在铜箔表面原位生长的纳米氯化亚铜团簇可以提供有效的电荷转移通道，加快电子转移，促进催化剂表面的质电子耦合，且电解过程中有利于中间体的特异性吸附，能高效催化CO2电还原为乙烯。烯。烯。

【技术实现步骤摘要】
CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及CO2电化学还原
，尤其是一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂及其制备与应用。

技术介绍

[0002]将CO2转化为高附加值产品对降低温室气体含量意义重大，CO2电化学还原是最具吸引力的方法之一，其只使用水和电，在常温常压和中性介质下即可进行。然而，线性CO2分子非常稳定，需要高活性的电催化剂来保证电化学转化的效率和产物选择性。现有技术中，电催化剂包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属配合物催化剂、碳基催化剂等。在这些电催化剂中，铜具有将CO2转化为高价值多碳产品(如乙烯)的独特能力。金属铜表面配位弱，CO2电化学还原的产物选择性较差，而铜氧化物、铜卤化物和铜氮化物则对CO2电还原制乙烯展现出良好的选择性。然而，这些铜衍生物的制备方法相对复杂，需要经过高温或高能处理。
[0003]因此，开发简便高效的制备方法，获得能高活性、高选择性地电催化CO2还原为乙烯的铜基催化剂具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂及其制备与应用，目的是提高催化剂的乙烯选择性。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术一方面提供一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂，所述催化剂以铜箔为基底，通过湿化学法原位生长得到催化活性物质，所述催化活性物质为氯化亚铜纳米团簇。
[0007]进一步技术方案为：
[0008]所述催化剂表面的氯化亚铜纳米团簇呈无规则状、片状或立方体状，且纳米团簇的形状和尺寸能够可控调节，尺寸为100～1000nm。
[0009]本专利技术第二方面提供一种所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的制备方法，包括：
[0010]对铜箔酸洗，去除表面杂质和氧化层；
[0011]将酸洗后的铜箔放入酸性氯化铜溶液中进行湿化学法原位生长；
[0012]清洗原位生长后的铜箔，而后在惰性气氛下真空干燥，即得到所述催化剂。
[0013]进一步技术方案为：
[0014]所述酸性氯化铜溶液为氯化铜的盐酸溶液，其中氯化铜与氯化氢的摩尔比为0.4～2。
[0015]所述原位生长时间为20～300s。
[0016]用于铜箔酸洗的溶液为醋酸或硼酸溶液，酸洗时间为5～30min。
[0017]本专利技术第三方面提供一种所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的应用，以所述催化剂作为工作电极，催化CO2电还原制备乙烯，具体步骤包括：
[0018]向阴极电解池中通入CO2，对阴极电解液进行CO2预饱和，并对所述工作电极进行活化；
[0019]在持续通入CO2的情况下，采用恒电位电解，将CO2电还原为乙烯。
[0020]所述恒电位为
‑
1.1～
‑
0.7V(vs.Ag/AgCl)，电解时间为60～240min。
[0021]所述阴极电解液为KHCO3溶液或KCl溶液，浓度为0.1～1mol/L。
[0022]对阴极电解液进行CO2预饱和的时间为10～40min。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]1、本专利技术以铜箔为基底，通过湿化学法原位构造自支撑纳米催化剂，其能够高效催化CO2电还原为乙烯，相比于现有的涉及高温或高能的铜箔改性方法，湿化学法工艺简单、技术要求低，易于操作，且成本低廉、规模化生产潜力大。
[0025]2、本专利技术通过湿化学法在铜箔表面原位生长的纳米氯化亚铜团簇可以提供有效的电荷转移通道，加快电子转移，促进催化剂表面的质电子耦合，显著提高催化剂的催化性能。且根据不同反应体系和应用场景的需求，调控纳米团簇的微观结构及尺寸，实现催化剂的可控制备。
[0026]3、本专利技术的催化活性物质为氯化亚铜，在CO2电催化还原过程中，Cu(I)有利于中间体*CO特异性吸附并进行后续的C
‑
C偶联，且Cl原子在稳定活性组分Cu(I)的同时能够抑制H
+
的吸附，从而抑制析氢副反应提高了乙烯产物的选择性。
[0027]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1～3制备的催化剂A1～A3和对比催化剂商业铜箔的SEM图。
具体实施方式
[0029]以下对本申请的技术方案进行详细说明。
[0030]本申请提供一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂，所述催化剂以铜箔为基底，通过湿化学法原位生长得到催化活性物质，所述催化活性物质为纳米氯化亚铜纳米团簇。
[0031]所述催化剂表面的氯化亚铜纳米团簇呈无规则状、片状或立方体状，且纳米团簇的形状和尺寸能够可控调节，尺寸为100～1000nm。
[0032]本申请催化剂的自支撑纳米结构可以提供有效的电荷转移通道，加快电子转移，促进催化剂表面的质电子耦合，从而显著提高原位生长纳米催化剂的催化性能。
[0033]本申请还提供一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0034]对铜箔酸洗，去除表面杂质和氧化层；
[0035]将酸洗后的铜箔放入酸性氯化铜溶液中进行湿化学法原位生长；
[0036]清洗原位生长后的铜箔，而后在惰性气氛下真空干燥，即得到所述催化剂。
[0037]其中，酸性氯化铜溶液为氯化铜的盐酸溶液，氯化铜与氯化氢的摩尔比为0.4～2。
[0038]其中，原位生长时间为20～300s。
[0039]其中，用于铜箔酸洗的溶液为醋酸或硼酸溶液，酸洗时间为5
‑
30min。
[0040]相比于现有的铜箔改性方法，本申请的制备方法以铜箔为基底，通过湿化学法原位构造自支撑纳米催化剂，工艺简单、技术要求低，易于操作，且成本低廉、规模化生产潜力大。
[0041]本申请还提供一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的应用，以所述催化剂作为工作电极，催化CO2电还原制备乙烯，具体步骤如下：
[0042]向阴极电解池中通入CO2，对阴极电解液进行CO2预饱和，并对所述工作电极进行活化处理；
[0043]在持续通入CO2的情况下，采用恒电位电解，将CO2电还原为乙烯。
[0044]其中，所述恒电位为
‑
1.1～
‑
0.7V(vs.Ag/AgCl)，电解时间为60～240min。
[0045]其中，所述阴极电解液为KHCO3溶液或KCl溶液，浓度为0.1～1mol/L。
[0046]其中，对阴极电解液进行CO2预饱和的时间为10～40min。
[0047]在CO2电催化还原过程中，通过将铜箔在酸性氯化铜溶液中原位生长得到的自支撑纳米氯化亚铜催化剂表现出优异的*CO结合能力，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂，其特征在于，所述催化剂以铜箔为基底，通过湿化学法原位生长得到催化活性物质，所述催化活性物质为氯化亚铜纳米团簇。2.根据权利要求1所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂，其特征在于，所述催化剂表面的氯化亚铜纳米团簇呈无规则状、片状或立方体状，且纳米团簇的形状和尺寸能够可控调节，尺寸为100～1000nm。3.一种如权利要求1所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：对铜箔酸洗，去除表面杂质和氧化层；将酸洗后的铜箔放入酸性氯化铜溶液中进行湿化学法原位生长；清洗原位生长后的铜箔，而后在惰性气氛下真空干燥，即得到所述催化剂。4.根据权利要求3所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸性氯化铜溶液为氯化铜的盐酸溶液，其中氯化铜与氯化氢的摩尔比为0.4～2。5.根据权利要求3所述的CO2电还原制乙烯的自支撑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述原位生长时间为20～300s。6.根据权利要求3所述的CO2电还原制乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，徐维聪，刘超，李桃，王楠，陈余佳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：