一种用于CO2电催化还原的Cu/Ag纳米催化剂及其批量制备方法和应用

本发明涉及纳米催化剂，具体涉及一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂及其批量制备方法和应用。

背景技术：

1、可再生能源电力驱动电催化co2还原不仅可以实现co2资源化利用，制备高价值的燃料和化学品，而且有望实现构建零排放碳循环，有效缓解温室效应，对实现碳达峰和碳中和的碳排放目标具有重要的意义。

2、金属催化剂是目前最为有效与具应用前景的co2还原催化剂，其中cu、ag催化剂具有适中的成本，cu催化剂可实现高附加值c2h4的生成，ag催化剂可实现高选择性co产物的生成，具有重要的应用前景。然而，大部分cu、ag催化剂的制备方法过于复杂，不适合规模化生产，且存在产物选择性差和催化活性低等诸多问题。尽管通过尺寸形貌调控、氧化状态调控等方法在一定程度上提高了co2还原性能与选择性，但很少催化剂能够实现工业级电流密度条件下的选择性co2还原。此外，目前高分散cu和ag催化剂的结构调控仍需采用pvp和pva等聚合物稳定剂调控，一方面难以批量生成，另一方面聚合物吸附于催化剂表面，难以去除，影响催化剂活性。

3、因此，开发非聚合物稳定的批量制备方法，规模化生产高效高分散的cu、ag纳米催化剂，用以电催化还原co2，提高co2还原性能和产物选择性，实现电化学co2还原的产业化和规模化应用，实属必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有技术中用于co2电催化还原的cu、ag纳米催化剂难以批量制备的技术问题，提供一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂及其批量制备方法和应用。

2、本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，配制金属盐前驱体溶液和甲硼烷叔丁基胺溶液，将甲硼烷叔丁基胺溶液快速加入剧烈搅拌状态下的金属盐前驱体溶液进行反应，反应结束后，经分离、洗涤并干燥产物，得到cu/ag纳米催化剂。

3、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述金属盐前驱体溶液中的金属盐前驱体为氯化铜、溴化铜、硝酸铜、醋酸铜、硫酸铜中的任意一种或多种。

4、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述金属盐前驱体溶液中的金属盐前驱体为硝酸银、醋酸银、高氯酸银中的任意一种或多种。

5、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述金属盐前驱体与甲硼烷叔丁基胺的投料摩尔比为1-10，其中，金属盐前驱体的摩尔浓度为1mmol/l-1mol/l。

6、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：反应温度为80～85℃，反应30-60min。

7、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述分离的方法为抽滤或离心处理。

8、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述洗涤采用的洗涤溶剂为去离子水和乙醇中的任意一种或多种。

9、作为本发明一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法的进一步优化：所述干燥的方法为真空干燥或冷冻干燥处理。

10、本发明还提供以一种上述制备方法制备得到的cu/ag纳米催化剂。

11、本发明还提供以一种上述cu/ag纳米催化剂在电化学co2还原制备c2h4、co和甲酸盐中的应用。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、本发明采用甲硼烷叔丁基胺为还原剂，预先分别将金属盐前驱体和甲硼烷叔丁基胺分别溶于水和乙醇中，将甲硼烷叔丁基胺溶液快速加入搅拌状态下的金属盐前驱体水溶液中，利用硼烷的还原性将金属前驱体离子还原为零价金属，同时利用叔丁基胺分子稳定零价金属，抑制金属粒子的聚集，反应30-60min，然后分离产物并用去离子水和乙醇多次洗涤，室温下真空干燥即可得到cu/ag纳米催化剂，单批量可达每升反应液3.5g cu催化剂或10.8g ag催化剂。对此cu/ag催化剂进行流动电解池电解co2还原性能评估，ag催化剂产物为co和甲酸盐，电流密度高于1a/cm2时的co2还原法拉第效率仍高于85％，最大co2还原电流密度可达1.04a/cm2,cu催化剂气相产物主要为c2h4，最大分电流密度达0.63a/cm2。cu、ag纳米催化剂的性能皆达到目前的领先水平，有望实现cu/ag催化剂电催化co2还原的工业化应用。

技术特征：

1.一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：配制金属盐前驱体溶液和甲硼烷叔丁基胺溶液，将甲硼烷叔丁基胺溶液快速加入剧烈搅拌状态下的金属盐前驱体溶液进行反应，反应结束后，经分离、洗涤并干燥产物，得到cu/ag纳米催化剂。

2.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述金属盐前驱体溶液中的金属盐前驱体为氯化铜、溴化铜、硝酸铜、醋酸铜、硫酸铜中的任意一种或多种。

3.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述金属盐前驱体溶液中的金属盐前驱体为硝酸银、醋酸银、高氯酸银中的任意一种或多种。

4.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述金属盐前驱体与甲硼烷叔丁基胺的投料摩尔比为1-10，其中，金属盐前驱体的摩尔浓度为1mmol/l-1mol/l。

5.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：反应温度为80～85℃，反应30-60min。

6.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述分离的方法为抽滤或离心处理。

7.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述洗涤采用的洗涤溶剂为去离子水和乙醇中的任意一种或多种。

8.如权利要求1所述一种用于co2电催化还原的cu/ag纳米催化剂的批量制备方法，其特征在于：所述干燥的方法为真空干燥或冷冻干燥处理。

9.如权利要求1所述制备方法制备得到的cu/ag纳米催化剂。

10.如权利要求9所述cu/ag纳米催化剂在电化学co2还原制备c2h4、co和甲酸盐中的应用。

技术总结本发明公开了一种用于CO<subgt;2</subgt;电催化还原的Cu/Ag纳米催化剂及其批量制备方法和应用，配制金属盐前驱体溶液和甲硼烷叔丁基胺溶液，将甲硼烷叔丁基胺溶液快速加入剧烈搅拌状态下的金属盐前驱体溶液进行反应，反应结束后，经分离、洗涤并干燥产物，得到Cu/Ag纳米催化剂。本发明能实现Cu/Ag纳米催化剂的批量制备，对Cu/Ag催化剂进行流动电解池电解CO<subgt;2</subgt;还原性能评估，Ag催化剂产物为CO和甲酸盐，电流密度高于1A/cm<supgt;2</supgt;时的CO<subgt;2</subgt;还原法拉第效率仍高于85％，最大CO<subgt;2</subgt;还原电流密度可达1.04A/cm<supgt;2</supgt;,Cu催化剂气相产物主要为C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;，最大分电流密度达0.63A/cm<supgt;2</supgt;。Cu/Ag纳米催化剂的性能皆达到目前的领先水平，有望实现Cu/Ag催化剂电催化CO<subgt;2</subgt;还原的工业化应用。技术研发人员：李洁,马路山,陈静,王紫园,聂佳璐,张凡英受保护的技术使用者：河南工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23