本發(fā)明屬于無機(jī)納米催化材料，特別是涉及一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候變化和能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，尋找可持續(xù)的能源解決方案變得尤為重要。二氧化碳(co2)作為一種主要的溫室氣體，其排放量的增加對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。然而，co2也是一種豐富的碳源，可以通過電化學(xué)還原反應(yīng)(co2err)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的多碳化學(xué)品，如乙烯、乙醇和丙烷等，這不僅有助于減少溫室氣體的排放，還能為能源危機(jī)提供一種潛在的解決方案。

2、在co2err中，銅(cu)基催化劑因其在多碳產(chǎn)物生成方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。銅基催化劑的性能受到多種因素的影響，包括催化劑中cuδ+物質(zhì)的存在、催化劑的維度特征、以及催化劑的表面結(jié)構(gòu)等。cuδ+物質(zhì)的存在會(huì)影響催化劑對(duì)co2還原反應(yīng)中間體的吸附作用，從而影響c2+產(chǎn)物的產(chǎn)率。此外，催化劑的維度特征和表面結(jié)構(gòu)也會(huì)影響反應(yīng)過程中的質(zhì)量和電荷傳遞效率，進(jìn)而影響催化劑的整體性能。

3、盡管已有多種cu基電催化劑被研究和開發(fā)，但它們?cè)赾o2err過程中的穩(wěn)定性和構(gòu)效關(guān)系建立方面仍存在挑戰(zhàn)。特別是氧化物衍生銅(od-cu)催化劑，盡管它們具有豐富的cu-o配位和特定的結(jié)構(gòu)特征，如晶界、晶面和cuδ+殘基，但在co2err過程中，這些催化劑往往會(huì)發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致催化劑的結(jié)構(gòu)和特征被破壞，這不僅不利于催化劑性能的穩(wěn)定，也不利于深入理解催化劑的構(gòu)效關(guān)系。

4、因此，需要提供一種針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進(jìn)技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑、制備方法及其應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的銅基電催化劑中銅氧配位不可控的問題，以及催化劑在電化學(xué)還原反應(yīng)中易發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致催化劑的結(jié)構(gòu)和特征被破壞的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

3、s1、提供cuo前驅(qū)體；

4、s2、將所述cuo前驅(qū)體與nafion混合，形成混合液，然后將混合液涂于基底電極表面，得到負(fù)載有cuo前驅(qū)體的cuo前驅(qū)體電極；

5、s3、常溫常壓下，將所述cuo前驅(qū)體電極放置于第一電解液中，通過循環(huán)伏安法在所述cuo前驅(qū)體電極表面修飾聚苯二胺，得到修飾電極；

6、s4、常溫常壓下，將所述修飾電極放置于第二電解液中，采用恒電壓法對(duì)cuo前驅(qū)體進(jìn)行原位還原，得到銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑。

7、優(yōu)選地，步驟s1中所述cuo前驅(qū)體的制備方法為直接沉淀法、沉淀轉(zhuǎn)化法、水熱合成法中的一種。

8、優(yōu)選地，步驟s1中所述cuo前驅(qū)體的介觀維度特征為零維、一維、二維、三維特征中的一種或組合。

9、優(yōu)選地，步驟s2中所述基底電極包括碳紙、碳布、鈦片中的一種。

10、優(yōu)選地，步驟s2中在所述負(fù)載cuo前驅(qū)體的電極上，所述cuo前驅(qū)體在所述基底電極上的負(fù)載量為0.1～2mg?cm-2。

11、優(yōu)選地，步驟s3中所述第一電解液包括0.01～1m的磷酸鹽緩沖溶液和0.01～1m的苯二胺的混合液；其中，所述磷酸鹽緩沖溶液的ph值為7.0；所述苯二胺為鄰苯二胺、間苯二胺、對(duì)苯二胺中的一種或多種。

12、優(yōu)選地，步驟s3中所述循環(huán)伏安法中的電壓范圍為-0.4～0.7v，掃描圈數(shù)為2～100圈，掃描速度為2～100mvs-1。

13、優(yōu)選地，步驟s4中所述第二電解液為0.01～5m的nahco3、0.01～5m的khco3中的一種。

14、優(yōu)選地，步驟s4中所述原位還原的電壓為-0.8～-2.5v?vs?rhe，所述原位還原的施加時(shí)間為1～24h。

15、本發(fā)明還提供一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑，所述銅基電催化劑為采用上述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法所制備而成的。

16、本發(fā)明還提供一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的應(yīng)用，所述銅基電催化劑在二氧化碳電還原反應(yīng)中的應(yīng)用，其中，所述銅基電催化劑為采用上述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法所制備而成的。

17、優(yōu)選地，所述二氧化碳電還原反應(yīng)中的反應(yīng)時(shí)間為0.5～72h。

18、優(yōu)選地，所述二氧化碳電還原反應(yīng)的施加電壓為-0.5～-2.0v?vs.rhe。

19、優(yōu)選地，所述二氧化碳電還原反應(yīng)中的電解液為0.1～1m的khco3、0.1～1m的nahco3、0.1～1m的koh、0.1～1m的naoh中的一種。

20、如上所述，本發(fā)明的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑、制備方法及其應(yīng)用，具有以下有益效果：

21、本發(fā)明提供一種高效、銅氧配位可控、低成本且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，采用在特定介觀形貌下原位還原cuo前驅(qū)體的方法，得到cu-o配位數(shù)可控且抗重構(gòu)的氧化物衍生銅(od-cu)催化劑，制備方法簡(jiǎn)單，結(jié)果可控，制備的銅基電催化劑在二氧化碳電還原反應(yīng)中具有高的電催化活性、高選擇性和高穩(wěn)定性；該銅基電催化劑應(yīng)用于電催化二氧化碳還原反應(yīng)中，特別是應(yīng)用于電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化生成多碳產(chǎn)物的反應(yīng)中，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中銅基催化劑影響c2+產(chǎn)物選擇性低的問題。本發(fā)明中的銅基電催化劑在電化學(xué)還原反應(yīng)中抗重構(gòu)，構(gòu)筑的催化劑的銅氧配位數(shù)高，在常溫常壓下的二氧化碳電還原反應(yīng)中，生成的多碳產(chǎn)物的總法拉第效率高達(dá)77％，具有極高的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s1中包括以下條件中的一項(xiàng)或組合：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s2中包括以下條件中的一項(xiàng)或組合：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s3中所述第一電解液包括0.01～1m的磷酸鹽緩沖溶液和0.01～1m的苯二胺的混合液，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s3中所述循環(huán)伏安法中的電壓范圍為-0.4～0.7v，掃描圈數(shù)為2～100圈，掃描速度為2～100mvs-1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s4中所述第二電解液為0.01～5m的nahco3、0.01～5m的khco3中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s4中所述原位還原的電壓為-0.8～-2.5v?vs?rhe，所述原位還原的施加時(shí)間為1～24h。

8.一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑，其特征在于：所述銅基電催化劑為采用權(quán)利要求1～7任意所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法所制備而成的。

9.一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的應(yīng)用，其特征在于：所述銅基電催化劑在二氧化碳電還原反應(yīng)中的應(yīng)用，其中，所述銅基電催化劑為采用權(quán)利要求1～7任意所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的制備方法所制備而成的。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑的應(yīng)用，其特征在于：包括以下條件中的一項(xiàng)或組合：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種銅氧配位可控且抗重構(gòu)的銅基電催化劑、制備方法及其應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：S1、提供CuO前驅(qū)體；S2、將CuO前驅(qū)體與Nafion混合，然后涂于基底電極表面，得到CuO前驅(qū)體電極；S3、常溫常壓下，將CuO前驅(qū)體電極置于第一電解液中，循環(huán)伏安法在CuO前驅(qū)體電極表面修飾聚苯二胺，得到修飾電極；S4、常溫常壓下，將修飾電極置于第二電解液中，恒電壓法對(duì)CuO前驅(qū)體原位還原，得到銅基電催化劑。本發(fā)明采用特定介觀形貌下原位還原CuO前驅(qū)體的方法，得到Cu?O配位數(shù)可控且抗重構(gòu)的氧化物衍生銅(OD?Cu)催化劑，在二氧化碳電還原反應(yīng)中具有高的電催化活性、高選擇性和高穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳敏芳,董笑,陳為,朱暢,毛佳寧,宋艷芳,李桂花,李守杰,魏偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海高等研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23