一种铜镀铋协同串联催化剂电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及二氧化碳电还原技术领域，尤其涉及一种铜镀铋协同串联催化剂电极的制备方法和应用。所述制备方法包括：制备电沉积液；对铜泡沫进行预处理；电沉积；所述电沉积液包括硝酸铋、柠檬酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、盐酸溶液和超纯水。采用电沉积方法，将铋电沉积到铜泡沫上，通过有效调控电沉积液中硝酸铋、盐酸、柠檬酸钠和聚乙烯基吡咯烷酮的配比和电沉积过程中转移的电量等条件，获得自生长于铜泡沫上的复合金属催化电极。与其他催化剂电极相比，本发明专利技术采用电沉积铋于铜泡沫制备铜镀铋协同串联催化剂电极，方法简单、可控，且将该催化剂电极应用于电催化二氧化碳还原可得到醇类产物，获得较高的法拉第效率，催化性能稳定。催化性能稳定。催化性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种铜镀铋协同串联催化剂电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二氧化碳电还原
，尤其涉及一种铜镀铋协同串联催化剂电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]工业发展促进了人类社会的进步，带来了人口的急速膨胀，对资源的无尽索取也带来了其它一系列问题。大量的化石燃料的使用，导致过多的二氧化碳排放，造成温室效应，引发全球变暖、物种灭绝等一系列环境危机。CO2是温室气体的主要贡献者之一，也是一种无穷无尽的碳资源。实现CO2的高效资源化利用不仅能够提供源源不断的化工原料和产品，也是解决当前所面临资源短缺和环境污染问题的有效途径。电化学还原CO2反应易于操作，且反应过程中无废弃物产生，反应可根据需要进行调整，是转化和利用CO2的有效方法之一。CO2电化学还原是在阴极上还原的过程，而OH
‑
在阳极上被氧化成氧气。还原CO2需要的活化能较高，要施加一定高电压后才能实现，而作为阴极过程的竞争氢析出反应也会随着电压的增高而变得越发严重，抑制CO2的还原。所以如何制备高效、稳定、催化性能好的催化性能好的催化剂是电化学还原CO2的关键因素。
[0003]被开发的CO2电化学还原催化剂大致可分为4类：
①
甲酸选择性金属(包括Sn、Pb、Bi、In等)；
②
CO选择性金属(包括Au、Ag、Zn、Pd等)；
③
能把CO2深度还原的金属(Cu)。Cu是少数可以抑制析氢反应的金属之一，用Cu单质作催化剂时得到的产物，除了CH4、C2H4、CO、HCOOH等低碳碳氢化合物以外，还可以得到CH3CH2OH等醇类物质。而铋作为还原CO2的催化剂，其过电势较小，无毒，稳定性好。若能开发一种含铋的催化剂，有望提高CO2电化学还原效率，为CO2的高效资源化利用提供一种便捷途经，解决现有技术中CO2电催化转化生成醇类选择性差和稳定性低的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种铜镀铋协同串联催化剂电极及其制备方法和应用，本专利技术采用电沉积的方法制备得到铜镀铋协同串联催化剂电极，将Bi与Cu耦合在一起，以期提高其催化性能，通过协同作用，提高CO2电化学还原的选择性，为CO2未来的商业化提供可能性。
[0005]为了解决本专利技术的上述技术问题，本专利技术提供采用以下技术方案：
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术的第一目的是提供一种铜镀铋协同串联催化剂电极的制备方法，其特征在于，包括：制备电沉积液；对铜泡沫进行预处理；电沉积；
[0008]所述电沉积液包括硝酸铋、柠檬酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、盐酸溶液和超纯水。
[0009]进一步，所述制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、制备电沉积液：将硝酸铋用浓盐酸进行溶解，加超纯水稀释后，再加入柠檬酸钠搅拌至完全溶解，最后加入聚乙烯基吡咯烷酮超声溶解，混合搅拌，得到电沉积液；
[0011]S2、对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫放置于H2SO4浸泡，超纯水冲洗后，用流动氮气吹干；
[0012]S3、电沉积：将S2所得预处理后的铜泡沫作为工作电极，铂电极作为对电极，Ag/AgCl用作参比电极，采用S1所得的电沉积液，在恒电压下进行电沉积，得铜镀铋协同串联催化剂电极。
[0013]进一步，所述硝酸铋、盐酸、柠檬酸钠和聚乙烯基吡咯烷酮的摩尔浓度比为(1
‑
10)：(100
‑
150)：10：(1
‑
5)。
[0014]进一步，S2中，所述H2SO4的摩尔浓度为0.5
‑
1.0M。
[0015]进一步，S2中，所述浸泡的时间为20
‑
30min。
[0016]进一步，S3中，所述恒电压为
‑
0.1V。
[0017]进一步，S3中，所述电沉积的时间为60
‑
100S。
[0018]本专利技术的第二目的是提供一种铜镀铋协同串联催化剂电极。
[0019]本专利技术的第三目的是提供一种铜镀铋协同串联催化剂电极在电催化二氧化碳还原中的应用。
[0020]进一步，以铜镀铋协同串联催化剂电极作为工作电极，石墨为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，以0.5M的NaHCO3溶液为电解液，在H型电解池中以恒电压
‑
0.80V下通入CO2进行电解，得到醇类。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、采用电沉积铋于铜泡沫制备电极，该方法简单、可控，所获得的铜镀铋协同串联催化剂电极具有良好的电催化活性，高选择性，和稳定性等优点。
[0023]2、铜镀铋协同串联催化剂电极在三电极体系下利用电沉积一步法制备而得，通过有效调控电沉积液中硝酸铋、盐酸、柠檬酸钠和聚乙烯基吡咯烷酮的配比和电沉积过程中转移的电量等条件，获得自生长于铜泡沫上的复合金属催化电极。该电极对于CO2电化学还原性能来说，具有较大的活性比表面积，提供丰富的催化活性位点，同时有效抑制了析氢反应。解决了电催化CO2过程中选择性和稳定性不佳的问题，显著提高了转化过程中的醇类法拉第效率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0025]图1为实施例1制备的铜镀铋协同串联催化剂电极的扫描电子显微镜图，其中a
‑
d分别为不同放大倍数下的扫描电子显微镜图；
[0026]图2为实施例1制备的铜镀铋协同串联催化剂电极的透射电子显微镜图；
[0027]图3为实施例1制备的铜镀铋协同串联催化剂电极的X射线晶体衍射谱图；
[0028]图4为实施例1制备的铜镀铋协同串联催化剂电极的X射线光电子能谱图；
[0029]图5为试验例1中电催化还原二氧化碳的线性扫描伏安图；
[0030]图6为试验例1中电催化还原二氧化碳时不同电位下还原CO2生成醇类的法拉第效
率图；
[0031]图7为试验例2中电催化还原二氧化碳的稳定性能测试图。
具体实施方式
[0032]下述实施例中的实验方法，除非另有指明均为常规方法，本专利技术所涉及原料和试剂除非另有指明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
[0033]以下通过具体实施例详细说明本专利技术的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本专利技术的保护范围。
[0034]下面结合附图(图1
‑
7)和具体实施方式对本专利技术技术方案做进一步详细的描述。
[0035]实施例1：制备铜镀铋协同串联催化剂电极
[0036]一种铜镀铋协同串联催化剂电极的制备，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜镀铋协同串联催化剂电极的制备方法，其特征在于，包括：制备电沉积液；对铜泡沫进行预处理；电沉积；所述电沉积液包括硝酸铋、柠檬酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、盐酸溶液和超纯水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备电沉积液：将硝酸铋用浓盐酸进行溶解，加超纯水稀释后，再加入柠檬酸钠搅拌至完全溶解，最后加入聚乙烯基吡咯烷酮超声溶解，混合搅拌，得到电沉积液；S2、对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫放置于H2SO4浸泡，超纯水冲洗后，用流动氮气吹干；S3、电沉积：将S2所得预处理后的铜泡沫作为工作电极，铂电极作为对电极，Ag/AgCl用作参比电极，采用S1所得的电沉积液，在恒电压下进行电沉积，得铜镀铋协同串联催化剂电极。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述硝酸铋、盐酸、柠檬酸钠和聚乙烯基吡咯烷酮的摩尔浓度比为(1
‑
10)：(100
‑
150)：10：(1
‑
5)。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红明，欧阳霜霜，迟宝珠，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：