一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂及其制备方法

本发明涉及电化学co2还原制备乙烯的，尤其涉及一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、化石能源的燃烧造成了温室气体二氧化碳的过度排放。co2排放引发诸如全球变暖、海洋酸化、海平面上升、生物灭绝等问题。研究人员提出通过改变能源供给结构、减少化工燃料的使用来降低co2的排放量，另外可以通过电催化、热催化、光催化等技术将co2转化为高附加值燃料或化学品。但是，目前热催化co2还原技术对于反应温度和操作压力有较高的要求，光催化co2还原技术具有效率较低、重现性差等缺点。而电催化co2还原反应(co2rr)具有转化条件温和、反应可控、操作简单、电解液可以重复使用、绿色能源驱动以及适合规模化等优点，因此得到了研究人员的广泛关注，被认为对推动可再生能源和清洁能源技术的发展具有重要意义。

2、然而，现有的关于电催化co2转化的研究仍处于基础研究的阶段，多数集中在提高c1产物的选择性，对于co2深度还原合成更高附加值的乙烯的研究相对缺乏。对于乙烯的电合成，c-c偶联过程具有重要意义。其中反应中间体co的结合强度直接影响了c-c偶联的效率。根据萨巴捷原则，理想催化剂的活性位点与关键中间体物种的结合强度应适中，既不能太弱，也不能太强，从而能够激活反应中间产物，并使反应产物有效地分离出来。绝大多数的研究表明，在金属材料中，只有铜基材料对关键反应中间物种co具有适当的吸附强度，因此，铜基催化剂被认为是用于电催化co2分子转化为乙烯化合物的最佳选择。然而，铜基催化剂在用于电催化co2转化制取乙烯的过程中存在稳定性差、反应速率缓慢、电子选择性低等问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供了一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂及其制备方法，用于电化学co2还原制备乙烯。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、本发明第一方面提供了一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，包括：

6、上述催化剂为掺杂型双金属铜基复合氧化物催化剂，上述催化剂的基底为铜氧化物的纳米颗粒，掺杂金属为镧元素；

7、其中，铜和镧的摩尔比为15:1至2.5:1。

8、进一步地，上述铜氧化物的纳米颗粒形貌为均匀分散的颗粒，上述铜氧化物的纳米颗粒为尺寸小于10纳米的球形氧化铜纳米颗粒。

9、本申请第二方面提供了一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，用于制备上述第一方面的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，包括：

10、步骤一：将可溶性铜盐溶于溶剂，得到前驱体溶液a；

11、步骤二：对前驱体溶液a进行超声处理10─20min后，按照可溶性铜盐和可溶性镧盐的摩尔比为15:1至2.5:1的配比，在超声处理后的前驱体溶液a中加入可溶性镧盐，得到前驱体溶液b；

12、步骤三：在搅拌状态下将前驱体溶液b转移至反应釜中进行水热反应；

13、步骤四：收集反应后的固体，将上述固体进行离心，洗涤并干燥，得到上述催化剂。

14、进一步地，在步骤一中，上述溶剂为无水乙醇；上述可溶性铜盐具体为醋酸铜。

15、进一步地，在步骤二中，上述可溶性镧盐为硝酸镧。

16、进一步地，在步骤三中，上述反应釜为具有聚四氟乙烯内衬、不锈钢外壳的50─100ml水热反应釜。

17、进一步地，在步骤四中，上述洗涤为将上述固体用无水乙醇洗涤3-5次；上述干燥为上述固体在真空干燥箱中60℃烘干12h以上。

18、本申请第三方面提及了一种乙烯的制备方法，采用如上述第一方面的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，包括：

19、在离子交换膜分隔为阴极槽和阳极槽的气体扩散流动电解池中，以银/氯化银电极为参比电极、泡沫镍为对电极、采用气体扩散电极为工作电极进行恒电流电催化二氧化碳制取乙烯；采用蠕动泵循环输送阴极/阳极电解液；

20、其中，气体扩散电极负载上述催化剂，上述催化剂的负载量为0.5─2mg cm-2。

21、进一步地，上述离子交换膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，上述恒电流的范围为100─500macm-2；

22、上述电解液包括：氯化钾、氢氧化钾，上述电解液的流速为5─20ppm；

23、上述二氧化碳气体的流速为15─30sccm；

24、气体扩散电极的尺寸为1─4cm2。

25、进一步地，上述气体扩散电极上铜-镧复合氧化物催化剂的负载量为1mg cm-2；上述气体扩散电极的尺寸为1cm2。

26、(三)有益效果

27、本发明的有益效果是：本发明的提及的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，催化剂为掺杂型双金属铜基复合氧化物催化剂，催化剂的基底为铜氧化物的纳米颗粒，掺杂金属为镧元素；其中，铜和镧的摩尔比为15:1至2.5:1。本发明中的铜-镧复合氧化物催化剂能够用于电催化二氧化碳制取乙烯，进而实现乙烯的高效制备。

28、本发明同时提出了一种具有高催化活性和选择性的电催化二氧化碳还原制取乙烯的铜基催化剂的制备方法，本发明提供的铜基催化剂的合成方法简单安全，不涉及真空环境、特殊气体以及高温锻造等复杂条件；无有害物质产生，重复性好，适合大规模量产；该方法可以精确调控催化剂纳米颗粒的尺寸以及电子结构。

29、本发明也提出了一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的方法，采用金属掺杂的策略，调节了催化剂表面对反应中间体的吸附强度，有效抑制了电催化析氢以及电催化二氧化碳还原为一碳产物的合成路径，使得乙烯选择性大大提高。通过电流以及电解液的优化，可以使得电催化二氧化碳制乙烯在300macm-2时达到约52％的法拉第效率，其中多碳产物的总法拉第效率高于80％。

技术特征：

1.一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，其特征在于，

3.一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，用于制备如权利要求1或2任一项所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，

8.一种乙烯的制备方法，采用如权利要求1或2任一项所述的一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种乙烯的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的一种乙烯的制备方法，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种电催化二氧化碳还原制取乙烯的催化剂，具体地，催化剂为掺杂型双金属铜基复合氧化物催化剂，催化剂的基底为铜氧化物的纳米颗粒，掺杂金属为镧元素；铜和镧的摩尔比为15:1至2.5:1。该铜基催化剂具有高催化活性和选择性，用于电催化二氧化碳还原制取乙烯(C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;)，采用了在超细铜氧化物纳米颗粒中掺杂镧原子作为催化剂，以高电流密度和高选择性电催化二氧化碳直接制取乙烯。此外，通过调节掺杂金属的含量，能够调控催化剂表面电子结构，从而影响反应中间体的吸附强度，最终实现对产物分布的调节。技术研发人员：徐梦侠,郭泽宇,吴韬,席子耘,林洋旭受保护的技术使用者：宁波诺丁汉大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4