一种Cu2O纳米颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电催化技术领域，具体涉及一种Cu2O纳米颗粒及其制备方法与应用。该Cu2O纳米颗粒包括镂空立方体Cu2O纳米晶，所述镂空立方体Cu2O纳米晶的镂空结构内包裹一小立方体Cu2O纳米晶。该制备方法包括以下步骤：合成作为前驱体的[Cu2(C6H5O7)2]2‑

【技术实现步骤摘要】
一种Cu2O纳米颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种Cu2O纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]化石燃料的广泛使用导致大气中温室气体的浓度大幅增加，对全球气候构成了威胁，而电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)可以将二氧化碳转化为一氧化碳、甲烷、乙烯、甲酸等物质，因此在管理气候变化方面发挥了独特的作用。
[0003]在过去的几十年里，人们对电催化反应中的各种催化剂进行了研究，如金属、非金属和分子催化剂，这些催化剂对各种产品都显示出良好的活性和选择性。在正在研究的众多催化剂中，Cu2O因为它的高活性而广受关注。然而由于Cu2O可以催化产生多种还原产物，如何提高它对特定还原产物的选择性一直是研究的重点。目前，形态控制已经成为设计具有高选择性和高活性的Cu2O催化剂的实用策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种Cu2O纳米颗粒及其制备方法与应用，通过采用操作便捷的湿法合成，合成方法简单，反应条件温和，原料易得，能利用基本化工原料制得内嵌实心立方体Cu2O纳米晶的镂空立方体Cu2O纳米晶，将其用于电催化还原二氧化碳中作为催化剂，具有优异的电催化活性和对乙烯的选择性。
[0005]具体而言，本专利技术首先提供了一种Cu2O纳米颗粒，其包括镂空立方体Cu2O纳米晶，所述镂空立方体Cu2O纳米晶的镂空结构内包裹一小立方体Cu2O纳米晶。
[0006]本专利技术发现，上述结构的Cu2O纳米颗粒，大大增加了比表面积，从而特别适用于电催化还原二氧化碳中，具有优异的电催化活性和乙烯选择性。
[0007]作为优选，所述镂空立方体Cu2O纳米晶体的粒径为400～1000nm，所述小立方体Cu2O纳米晶的粒径为200～500nm。
[0008]本专利技术还提供一种上述Cu2O纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0009]合成作为前驱体的柠檬酸铜复合体[Cu2(C6H5O7)2]2‑
，并进一步还原，然后在空气中静置7～9天，即得所述Cu2O纳米颗粒。
[0010]本专利技术的专利技术人在研发过程中意外发现，将[Cu2(C6H5O7)2]2‑
作为前驱体还原得到的Cu2O纳米晶在空气中静置7～9天，可以得到内嵌实心立方体Cu2O纳米晶的镂空立方体Cu2O纳米晶，而改变前驱体，或将空气气氛改为惰性气体或真空，或静置时间达不到或超过7～9天，均无法得到本申请所述的Cu2O纳米颗粒形貌。
[0011]作为优选，所述[Cu2(C6H5O7)2]2‑
的合成方法，包括以下步骤：
[0012]1)将无水硫酸铜、聚乙烯吡咯烷酮和氧化石墨烯在去离子水中混合，待完全溶解后得到第一混合液；
[0013]2)将柠檬酸钠和碳酸钠在水中混合均匀，得到第二混合液；
[0014]3)向所述第一混合液中加入第二混合液，搅拌一段时间，即得[Cu2(C6H5O7)2]2‑
。
[0015]进一步优选的，以重量份计，所述无水硫酸铜为10～12重量份，所述聚乙烯吡咯烷酮为8～10重量份，所述氧化石墨烯为0.01～0.1重量份，所述柠檬酸钠为18～20重量份，所述碳酸钠为12～14重量份。
[0016]进一步优选的，步骤1)中，将所述无水硫酸铜、聚乙烯吡咯烷酮和氧化石墨烯在去离子水中搅拌混合15～20min，得到所述第一混合液。
[0017]进一步优选的，步骤3)中，所述搅拌的时间为5～10min。
[0018]作为优选，所述还原的步骤具体为：先向含有[Cu2(C6H5O7)2]2‑
的溶液体系中缓慢滴加还原剂溶液，然后加热反应一段时间。
[0019]进一步优选的，所述还原剂溶液为10～20mol/L的葡萄糖溶液。
[0020]进一步优选的，所述加热反应的温度为75～85℃，时间为1～3h。
[0021]作为优选，所述在空气中静置7～9天之后，还包括固液分离、洗涤、干燥的步骤。
[0022]本专利技术还提供上述的Cu2O纳米颗粒或者上述制备方法制备得到的Cu2O纳米颗粒作为CO2电还原催化剂的应用。
[0023]本专利技术还提供一种CO2电还原的方法，包括以下步骤：
[0024]以上述的Cu2O纳米颗粒或者上述制备方法制备得到的Cu2O纳米颗粒作为催化剂，对CO2进行电还原。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]本专利技术提供的Cu2O纳米颗粒，形貌为内嵌实心立方体Cu2O纳米晶的镂空立方体Cu2O纳米晶，特别适用于电催化还原二氧化碳中作为催化剂，具有优异的电催化活性和对乙烯的选择性。本专利技术提供的制备该Cu2O纳米颗粒的方法，采用操作便捷的湿法合成，合成方法简单，反应条件温和，原料易得，利用基本化工原料即可制得。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为根据本专利技术的实施例1的步骤(4)中水浴加热不同时间后所得溶液的光谱图，其中before表示水浴加热前的溶液光谱图。
[0029]图2为根据本专利技术的实施例1的单个Cu2O纳米颗粒的扫描电镜图。
[0030]图3为根据本专利技术的实施例1的多个Cu2O纳米颗粒的扫描电镜图。
[0031]图4为根据本专利技术的实施例2的Cu2O纳米颗粒在不同过电压下的电流密度。
[0032]图5为根据本专利技术的实施例3的Cu2O纳米颗粒在不同过电压下对一氧化碳、甲烷、乙烯、氢气的法拉第效率；其中，每个柱状图中由上到下依次对应于一氧化碳、甲烷、乙烯、氢气。
具体实施方式
[0033]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本专利技术的范围。
[0034]实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
[0035]实施例1
[0036]本实施例提供一种Cu2O纳米颗粒，制备方法包括如下步骤：
[0037](1)分别将10mL浓度为6.8mol/L的硫酸铜溶液、9g分子量为30000的聚乙烯吡咯烷酮和50mg氧化石墨烯在170mL水中磁力搅拌20min，溶解完全混合均匀，得到淡蓝色第一混合液；
[0038](2)将柠檬酸钠和碳酸钠在去离子水中混合，得到浓度为7.4mol/L的柠檬酸钠和浓度为12mol/L的碳酸钠的混合溶液，即第二混合液；
[0039](3)向所述第一混合液滴加10mL第二混合液，持续磁力搅拌10min，可以看到溶液从淡蓝色变乳蓝色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu2O纳米颗粒，其特征在于，包括镂空立方体Cu2O纳米晶，所述镂空立方体Cu2O纳米晶的镂空结构内包裹一小立方体Cu2O纳米晶。2.根据权利要求1所述的Cu2O纳米颗粒，其特征在于，所述镂空立方体Cu2O纳米晶体的粒径为400～1000nm，所述小立方体Cu2O纳米晶的粒径为200～500nm。3.权利要求1或2所述Cu2O纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：合成作为前驱体的[Cu2(C6H5O7)2]2‑
，并进一步还原，然后在空气中静置7～9天，即得所述Cu2O纳米颗粒。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述[Cu2(C6H5O7)2]2‑
的合成方法，包括以下步骤：1)将无水硫酸铜、聚乙烯吡咯烷酮和氧化石墨烯在去离子水中混合，待完全溶解后得到第一混合液；2)将柠檬酸钠和碳酸钠在水中混合均匀，得到第二混合液；3)向所述第一混合液中加入第二混合液，搅拌一段时间，即得[Cu2(C6H5O7)2]2‑
。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述无水硫酸铜为10～12重量份，所述聚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，郭建平，
申请(专利权)人：北京金隅集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：