本申请公开了一种具有富Cu(100)晶面的铜片及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：在还原性气氛下，将酸洗后的铜片进行退火处理，得到富Cu(100)晶面的铜片；所述退火处理的条件为：以3～10℃/min的升温速率从20～30℃升至300～1000℃，煅烧30～80min。通过本申请的制备方法，工艺简单，对退火炉子要求低，生产周期短，制备的具有富Cu(100)晶面的铜片在电催化二氧化碳还原过程中具有优异的催化活性、稳定性和选择性。稳定性和选择性。
【技术实现步骤摘要】
一种具有富Cu(100)晶面的铜片及其制备方法和应用
[0001]本申请涉及一种具有富Cu(100)晶面的铜片及其制备方法和应用，属于电催化二氧化碳还原
技术介绍
[0002]电能作为一种清洁能源，可以通过水力发电、风能、地热能等方式获取。因此，电催化技术已成为近年来研究的热点。而电催化二氧化碳还原具有反应装置简单、反应过程环保、能量利用率高等优点，可以有效地将二氧化碳转化为具有高附加值的化学品或燃料，从而实现碳循环，解决二氧化碳过度排放带来的问题。
[0003]铜是获得电催化二氧化碳深度还原产物的主要金属。早在1986年，就发现给金属铜电极施加一定的电流密度能将二氧化碳还原为烃类。近年来，为了克服铜基催化剂选择性差的问题，人们做了大量的工作，包括与第二金属相互作用、控制铜的晶面生长、杂原子掺杂、铜表面修饰等。但这些设计复杂，操作困难，且所制备的样品不易保存。
[0004]目前制备单晶铜片方法主要存在工艺复杂、对退火炉子要求高、所需温度过高到达铜片熔点、在高浓度氢气与惰性气体混合气氛中退火、需要抽真空退火等问题。这都不利于工业化生产单晶铜片。
技术实现思路
[0005]为了简化单晶铜片的制备方法，缩短生产周期，本申请提供了一种以铜片为前驱体经过酸洗和退火处理，将大面积铜片晶面转化成以Cu(100)晶面为主的铜片。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种具有富Cu(100)晶面的铜片的制备方法，包括以下步骤：
[0007]在还原性气氛下，将酸洗后的铜片进行退火处理，得到富Cu(100)晶面的铜片；
[0008]所述退火处理的条件为：以3～10℃/min的升温速率从20～30℃升至300～1000℃，煅烧30～80min。
[0009]可选地，所述退火处理的条件为：以3～5℃/min的升温速率从20～30℃升至300～500℃，煅烧30～50min。
[0010]所述退火处理的压力为
‑
0.1～0.5MPa。在较低温度下铜片会保持原有形貌不会出现融化等现象，并且温度较低的情况下在氢气气氛中常压退火更安全。
[0011]可选地，所述退火处理的温度选自300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃中的任意值或两值之间的范围值。
[0012]可选地，所述还原性气氛为氢气与氩气的混合气体。
[0013]可选地，所述还原性气氛中氢气的体积分数为5～20％。
[0014]可选地，所述还原性气氛的流速为10～30mL/min。
[0015]可选地，所述酸洗的具体步骤为：
[0016]将铜片置于酸溶液中，浸泡，清洗，干燥。
[0017]可选地，所述酸溶液中的酸选自盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种。
[0018]可选地，所述酸溶液的浓度为1～3mol/L。
[0019]可选地，所述浸泡的时间为30～120min。
[0020]可选地，所述清洗的条件为：将浸泡后的铜片置于水中，50～200Hz超声处理10～50min。
[0021]可选地，所述干燥的条件为：在非活性气氛下吹干。
[0022]根据本申请的又一个方面，提供了一种具有富Cu(100)晶面的铜片，所述具有富Cu(100)晶面的铜片为单晶结构。
[0023]根据本申请的再一个方面，提供了一种具有富Cu(100)晶面的铜片在电催化二氧化碳还原反应中的应用。
[0024]本申请能产生的有益效果包括：
[0025]1)本申请所提供的制备方法，具有制备方法简单，条件要求低，生产周期短。
[0026]2)本申请所提供的具有富Cu(100)晶面的铜片在电催化二氧化碳还原反应中具有优异的催化活性、稳定性和选择性。
附图说明
[0027]图1为本申请实施例1制备的具有富Cu(100)晶面的铜片的扫描镜图；
[0028]图2为本申请实施例1制备的具有富Cu(100)晶面的铜片的粉末X射线光谱图；
[0029]图3为本申请应用例1电催化二氧化碳还原性能图；
[0030]图4为本申请应用例1电催化二氧化碳稳定性图；
[0031]图5为本申请应用例2电催化二氧化碳还原性能图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0033]如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，其中H2SO4购自国药化学试剂有限公司。
[0034]本申请的实施例中分析方法如下：
[0035]扫描电镜图像拍摄采用日本电子扫描电镜JSM6700
‑
F；
[0036]粉末X射线光谱数据的收集采用Miniflex 600X
‑
ray diffractometer；
[0037]电化学性能测试采用的是辰华214ce电化学工作站。
[0038]实施例1
[0039]以Cu(100)晶面为主的大面积铜片的制备方法：
[0040](1)对铜片进行处理，切割成1
×
2cm的长方形；
[0041](2)配制A溶液：1.5摩尔每升的H2SO4溶液；
[0042](3)将切割的铜片放入A溶液中，浸泡60分钟；
[0043](4)将浸泡后的铜片放入超纯水中100Hz超声30分钟，将超声后的铜片用氮气或氩气吹干至于坩埚内，将坩埚置于管式炉内；
[0044](5)在管式炉中持续通入混合气(10％H2，90％Ar)通气30分钟后，以5摄氏度每分钟的升温速率从30摄氏度升至400摄氏度，煅烧50分钟后自然降温，混合气气流速始终保持
在20毫升每分钟；
[0045](6)煅烧后的样品1#用N2保存。
[0046]对样品1#进行形貌分析，如图1和图2所示，图1的a图、b图和c图分别对应2μm、1μm和500nm下的扫描电镜图，根据图1可知经过煅烧的样品表面为多孔结构，有利于CO2接触反应。
[0047]根据图2可知处理前样品Cu(111)晶面明显，Cu(100)晶面信号较弱，处理过后Cu(100)晶面明显增强，样品以Cu(100)晶面为主。
[0048]实施例2
[0049]按照实施例1相同方法，在管式炉中持续通入混合气(10％H2，90％Ar)通气30分钟后，以5摄氏度每分钟的升温速率从30摄氏度升至500摄氏度，煅烧50分钟后自然降温，混合气气流速始终保持在20毫升每分钟。得到样品2#。
[0050]对比例1
[0051]将1
×
2cm的未经过处理的铜片不做任何处理，记为样品3#。
[0052]按照实施例2步骤测试其电催化二氧化碳还原性能。
[0053]应用例1：电催化二氧化碳还原的反应步骤
[0054]电极的制备：在三电极H型玻璃电解池中进行电化学测试，电解池由阴极本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有富Cu(100)晶面的铜片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在还原性气氛下，将酸洗后的铜片进行退火处理，得到富Cu(100)晶面的铜片；所述退火处理的条件为：以3～10℃/min的升温速率从20～30℃升至300～1000℃，煅烧30～80min。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的条件为：以3～5℃/min的升温速率从20～30℃升至300～500℃，煅烧30～50min；优选地，所述退火处理的压力为
‑
0.1～0.5MPa。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性气氛为氢气与氩气的混合气体；优选地，所述还原性气氛中氢气的体积分数为5～20％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性气氛的流速为10～30mL/min。5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹荣，司端惠，常可可，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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