一种PDMS@Cu-BTC复合催化剂及其在用于电催化二氧化碳还原中的应用制造技术

本发明专利技术属于二氧化碳电化学还原技术领域，具体公开了一种PDMS@Cu

【技术实现步骤摘要】
一种PDMS@Cu
‑
BTC复合催化剂及其在用于电催化二氧化碳还原中的应用


[0001]本专利技术属于电化学还原
，进一步地，属于二氧化碳电化学还原
，特别地，具体公开了一种PDMS@Cu
‑
BTC复合催化剂及其在用于电催化二氧化碳还原中的应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳是一种具有丰富来源的常见化合物，但它在大气中的过高浓度已成为引起全球变暖、气候变化的主要原因之一。因此，将二氧化碳转化为有机化合物成为了研究的热点之一。其中，电催化二氧化碳还原反应是一种研究热点和难点。
[0003]电催化二氧化碳还原反应是将二氧化碳还原为有机化合物的一种方法，该过程通常需结合金属催化剂进行。在此过程中，金属催化剂可以帮助二氧化碳与氢气发生化学反应，从而生成可用于能源储存和化工生产的有机化合物，比如甲烷、甲醇和乙酸等。
[0004]在电催化二氧化碳还原反应中，C
2+
产物的形成途径主要包括以下两条途径。
[0005](1)C
‑
C耦合反应：二氧化碳分子首先被还原为CO，而后CO分子经过几步催化反应，包括C
‑
O键断裂和C
‑
C链延伸，最终生成C2和C3等碳链延伸物。这个过程需要高活性、高选择性的多金属催化剂，如铜基金属和钴基催化剂等。
[0006](2)吸附态CO2选择性还原：经过中间化合物的形成，二氧化碳分子可以被还原为C
2+
产物，其中间化合物包括甲酸根离子、甲醇或甲酸/乙酸等。这个过程可以是C
‑
C耦合的后续反应，也可以是同步发生的一氧化碳的选择性还原。
[0007]在这两个途径中，C
‑
C耦合反应被认为是主要的产物形成途径。对于C
‑
C耦合反应，其反应路径一般包括以下几步：
[0008]首先，CO2被还原为CO，并被吸附在催化剂表面上；接着，CO与催化剂表面的其他吸附物(如OH、CH等)进行反应形成中间体，如CHO、CHOO等；中间体进一步折叠为二元或三元组分子，并进一步加成以形成更长的烷基链；最终，催化剂表面上形成C
2+
等链长度延伸产物。这个过程中，反应条件的调节以及催化剂的设计和性能调节对于反应选择性和产率都具有重要影响。
[0009]C键耦合对催化剂和电解质的结构具有高度的敏感性，目前促进C
‑
C键耦合的催化剂为单独的Cu基催化剂，然而其电催化CO2RR的最佳条件所需的过电势相对较高，如CuO
‑
BN所需工作电压为
‑
1.4Vvs.RHE(vs.RHE代表相对于参比电极(可逆氢电极)的电压)。此外现有多数的Cu基催化剂的FE
C2+
较低(FE来评价产物的选择性)，FE
C2+
范围为≤50％，可见C
2+
产物选择性较低。因目前所采用的电催化剂存在工作电压较高、选择性较低等问题，限制了CO2RR合成C
2+
产物的进一步发展。
[0010]电催化二氧化碳还原反应具有很高的可持续性和经济效益，特别适用于解决碳排放问题和提高能源供应的问题。因此在近年来，很多研究机构和公司都在开发和应用电催化二氧化碳还原反应，以期达到更环保、高效的能源转化和相关产业应用。
局部浓度为进一步C
‑
C耦合生成C
2+
产物提供了更好的反应条件。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术提供的PDMS@Cu
‑
BTC催化剂，应用于二氧化碳电化学还原剂时，其对二氧化碳还原兼具高的电催化活性和选择性，能显著提高C2H4产物的法拉第效率。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的形状呈现出晶粒聚集的三维立体网格结构的Cu
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BTC的SEM照片和元素分布照片。
[0030]图2为本专利技术实施例1的以Cu为活性中心经PDMS改性催化剂的性能测试图(电压
‑
法拉第效率图)。
[0031]图3为本专利技术实施例2的Cu
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BTC催化剂性能测试图的催化性能(电压
‑
法拉第效率图)。
[0032]图4a为本专利技术实施例1的PDMS@Cu
‑
BTC催化剂的电流密度与电压的关系图，图4b为本专利技术实施例2的Cu
‑
BTC催化剂的电流密度与电压的关系图。
具体实施方式
[0033]以下结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但不限制本专利技术的范围。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。
[0034]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行制备。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品，以下实施例所述的份数均为质量份。
[0035]实施例1
[0036]用于电催化CO2合成C2H4产物的催化剂为具有Cu活性中心的PDMS@Cu
‑
BTC。
[0037]该催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0038](1)配制H3BTC溶液：将一定量的H3BTC溶解至无水乙醇溶液中，超声溶解得到无色透明溶液；
[0039](2)配制铜源溶液：将一定量的铜源(硝酸铜)溶解至去离子水溶液中，超声溶解得到蓝色透明溶液；
[0040](3)合成Cu
‑
BTC：将步骤(1)制得的H3BTC无色透明溶液置于超声仪中，将步骤(2)制得的铜源蓝色透明溶液通过蠕动泵滴加至H3BTC溶液中，超声滴加1h后离心，洗涤，干燥，得到蓝色的Cu
‑
BTC粉末；其中，步骤(1)～(3)中合成的Cu
‑
BTC也可以直接采用市售的材料，其中，Cu
‑
BTC的CASNo.：309721
‑
49
‑
1。
[0041](4)制备Cu
‑
BTC碳纸电极：
[0042]取0.01g步骤(3)制得的多面体结构的Cu
‑
BTC粉末，加入于含有0.3mL异丙醇、0.7mL DDI(蒸馏去离子水，做常规分散催化剂用)和0.08mL质量分数为5％的Nafion的混合液中，超声15min，制备成催化剂墨水(ink)溶液。然后取0.1ml上述ink溶液均匀地喷涂在碳纸电极基底上，放入真空干燥箱中干燥过夜。其中碳纸电极面积约为1*1cm2，碳纸电极上的Cu
‑
BTC载量约为1mg
·
cm
‑2。
[0043](5)制备PDMS@Cu
‑
BTC碳纸电极：
[0044]在0.5mL异丙醇溶液中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDMS@Cu
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BTC复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂是将PDMS与Cu
‑
BTC复合，作为电极催化剂。2.根据权利要求1所述PDMS@Cu
‑
BTC复合催化剂，其特征在于，Cu
‑
BTC与PDMS混合比为：0.05～0.10：0.05
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0.1。3.根据权利要求1所述PDMS@Cu
‑
BTC复合催化剂，其特征在于，所述PDMS@Cu
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BTC复合催化剂是电催化二氧化碳还原反应中的电极催化剂。4.一种用于电催化二氧化碳还原反应中的电极催化剂，其特征在于，包括权利要求1或2所述PDMS@Cu
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BTC复合催化剂。5.一种权利要求1所述PDMS@Cu
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，刘银怡，任博华，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：