一种Cu2O和CuO混合相碳基催化剂材料及其制备方法和应用

本发明涉及电催化co2还原，具体而言，涉及一种cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、作为温室气体的主要成分，大气中二氧化碳(co2)的浓度一直在快速上升，目前已经达到410ppm，必须对二氧化碳的排放进行管理。尽管碳捕集与封存(ccs)是一种成熟的碳减排技术，但最近的研究兴趣已转向利用co2生产高附加值化学品和燃料。近年来，随着可再生能源的快速发展，电催化co2还原(eco2r)技术在世界范围内受到越来越多的关注。以可再生电力为动力的eco2r是一种经济可行的co2捕集与利用技术，可实现碳循环经济。

2、目前，人们仍倾向于合成纳米催化剂，尤其是铜纳米催化剂，其高电化学表面活性位点(ecsa)可在一定程度上提高产物选择性。到目前为止，学者们已经发现了多孔性或ecsa对产物选择性的影响。其中，尽管两者具有相同的表面暴露晶面，与铜单晶电极相比，纳米铜立方体上c2+产物的选择性更高。此外，多孔铜催化剂还能通过提高孔隙中的局部ph值或调节水结构来抑制氢沉淀。

3、众所周知，多碳产物的限速步骤是c-c偶联步骤，因为*co的表面覆盖度影响*occo在c2h4和c2h5oh路径中的结合能，所以*co的表面覆盖度可以决定c2h4和c2h5oh之间的选择性。通常情况下，cu催化剂对co的选择性不是很高，因此低的*co覆盖度有助于c2+产物的生成，这导致了分离co2活化和c-c偶联步骤的各种串联催化剂的设计。

4、随着研究的深入，出现了各种各样的问题，其中最主要的两个问题是：1)氢提取反应(her)与eco2r的竞争；2)co2的高稳定性。此外，由于反应产物的多样性，反应所需的转移电子数因产物而异，导致高效地获得特定产物是困难的，特别是对于多碳产物，因此迫切需要开发能够稳定生产特定产物的催化剂。并且目前开发的催化剂大都合成方法困难复杂，或成本高昂，因此合成能够大规模生产的高性能催化剂迫在眉睫。

5、本课题组的专利申请一种cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料及其制备方法和应用，是cu2o和cuo混合相镶嵌在碳基底中，暴露出cu2o(111)晶面和cuo(110)晶面，褶皱的片状结构暴露出的大量反应活性位点提高了催化剂的反应活性，碳骨架的大量的介孔能够有效富集co2，提高活性位点的co2浓度，从而提高了c2+产物的选择性。这种制备方法简单且能够大量生产的催化剂此前从未报道过，有望实现工业化大规模生产。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料，所述催化剂材料结构是以碳骨架为基底，cu2o和cuo混合相镶嵌在碳骨架基底中。

4、优选地，所述碳骨架基底厚度为100nm，cu2o和cuo混合相颗粒为60-100nm的米粒状。

5、优选地，cu2o的(111)晶面和cuo的(110)晶面暴露在外。

6、此外，本发明还提供一种制备如上所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料的方法，包括以下步骤：

7、(1)将氢氧化钠溶液滴入五水硫酸铜中，所生成的沉淀经洗涤后加入氨水配成铜氨溶液；

8、(2)将步骤(1)所得铜氨溶液加入纤维素粉后喷雾干燥，得到绿色氢氧化铜前驱体；

9、(3)将步骤(2)所得的前驱体置于马弗炉中焙烧，得到cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料。

10、优选地，马弗炉中焙烧的升温速率为5℃/min，焙烧温度为180℃，焙烧时间为1h、3h或5h。

11、本申请还包括如上述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料在电催化co2还原中的应用。

12、本发明的有益效果如下：

13、(1)催化剂材料制备的前驱体为低成本的五水硫酸铜和氢氧化钠；

14、(2)材料的制备方法简单，采用喷雾干燥法合成前驱体后使用马弗炉焙烧，并且可以通过焙烧条件的不同改变产物的选择倾向性，也可以通过改变铜源，找到成本更加低廉的原材料。

15、(3)将cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料用于电催化co2还原中，由于表面暴露出cu2o(111)和cuo(110)晶面，褶皱的片状结构暴露出的大量反应活性位点提高了催化剂的反应活性，大量的介孔能够有效富集co2，提高活性位点的co2浓度，从而提高了c2+产物的选择性。

技术特征：

1.一种cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料，其特征在于，所述催化剂材料结构是以碳骨架为基底，cu2o和cuo混合相镶嵌在碳骨架基底中。

2.根据权利要求1所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料，其特征在于，所述碳骨架基底厚度为100nm，cu2o和cuo混合相颗粒为60-100nm的米粒状。

3.根据权利要求1所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料，其特征在于，cu2o的(111)晶面和cuo的(110)晶面暴露在外。

4.一种制备如权利要求1-3任一所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料的制备方法，其特征在于，马弗炉中焙烧的升温速率为5℃/min，焙烧温度为180℃，焙烧时间为1h、3h或5h。

6.如权利要求1-3任一所述的cu2o和cuo混合相碳基催化剂材料在电催化co2还原中的应用。

技术总结本发明公开了一种Cu<subgt;2</subgt;O和CuO混合相碳基催化剂材料及其制备方法和应用，该催化剂是以碳骨架为基底，Cu<subgt;2</subgt;O和CuO混合相镶嵌在碳骨架基底中；由简单的喷雾干燥法合成，将喷雾干燥取得的前驱体在马弗炉中180℃焙烧3h后得到。这种材料暴露出Cu<subgt;2</subgt;O(111)和CuO(110)晶面，褶皱的片状结构又暴露出大量反应活性位点，大量的介孔能够有效富集CO<subgt;2</subgt;，提高活性位点的CO<subgt;2</subgt;浓度，从而提高了C<subgt;2+</subgt;产物的选择性。技术研发人员：赵修松,杨俐俐,王超受保护的技术使用者：青岛大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30