一种用于电化学二氧化碳转化的Cu/Cu2O电极的制备方法

本发明属于新能源纳米催化材料的合成，特别涉及一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法。

背景技术：

1、化石燃料的过度使用导致大气中的二氧化碳浓度超标造成的温室效应、海水酸化等问题日趋严重。电化学催化co2还原（co2rr）通常可以将co2转换co、甲烷、乙烷、乙烯、甲酸、乙醇等产品。然而，在co2rr进行的过程中，co中间体加氢和c−c偶联等关键步骤具有较高的反应能垒，大多数催化剂倾向将co2转为以co为代表的c1产物。铜目前是被公认为唯一可以将co2选择性转化为乙醇、乙酸或乙烯为主的c2+产品的元素。其中cu/cu2o催化剂对c2+产物具有高选择性。研究表明，cuδ+(0<δ<1，即cu部分氧化)在引导co2rr向高效c2+产物途径发挥了关键作用。

2、为了获得高效二氧化碳转化为c2+产物的cu/cu2o催化剂，目前诸多制备策略已经被提出，湿化学方法、原位热氧化还原法和浸渍法等工艺相对复杂、合成时难以控制催化剂化学组成，均匀性和结晶度。其中，电化学沉积法在控制cu基催化剂结晶工程方面表现出了较大优势，为制备大面积薄膜提供了一种简单、温和、经济、环保的方法。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，弥补现有方法的不足之处，为电化学二氧化碳高附加值c2+产物转化提供高效、快速的解决手段。

2、一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1，将电极支撑材料裁剪为2×2 cm，并放入浓硫酸中超声3~20min，用超纯水冲洗3-5次后放入60℃恒温干燥箱烘干备用；

4、步骤2，将铜盐溶于水中，并转移至反应容器中；所述铜盐的质量浓度为0.5~5%；

5、步骤3，将结构调节剂溶解于步骤2所述的反应溶液中；所述结构调节剂与铜盐摩尔比为0:1~1:1；

6、步骤4，通过酸和碱对步骤3所述的反应溶液进行ph调节，其ph调节范围为2~4.7；

7、步骤5，向反应容器中通入n2持续10min后，量取100ml铜盐溶液置于沉积池中，以ag/agcl电极为参比电极、铂片为对电极，电极支撑材料为工作电极，在电化学工作站上进行cu/cu2o催化电极制备，沉积电压范围为-0.2~-1.0v相对于ag/agcl电极，沉积时间范围为100~1800秒，沉积温度范围为20~80℃；最终获得cu/cu2o电极。

8、将制备好的cu/cu2o纳米催化剂放入膜电极组件(mea)中进行二氧化碳电化学转化性能分析，通过气相色谱和核磁共振光谱对气相产物和液相产物进行分析。

9、所述的步骤1中，电极支撑材料为玻璃碳、碳毡、碳布、碳纸、钛毡、石墨箔或泡沫钛中的任意一种。

10、所述的步骤2中，铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜或醋酸铜中的任意一种。

11、所述的步骤3中，结构调节剂为甲酸钾、乙酸钾、丙酸钾、丁酸钾、戊酸钾、己酸钾、甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、戊酸钠、己酸钠、甲酸铵、乙酸铵、丙酸铵、丁酸铵、戊酸铵或己酸铵中的任意一种。

12、所述的步骤4中，酸为硫酸或盐酸中的任意一种。

13、所述的步骤4中，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水中的任意一种。

14、所述的步骤5中，沉积温度为20℃、40℃、60℃或80℃中任意一温度。

15、所述的步骤5中，沉积电压下为-0.2v、-0.4v、-0.6v、-0.8v或-1v中任意一电压。

16、所述的步骤5中，溶液ph值为ph=2、2.5、3、3.5、4、4.5或4.7中任意一个取值。

17、本发明的有益效果：

18、与现有技术相比，本发明采用常规的铜盐作为铜源、醋酸盐作为结构调节剂，常用的无机酸/碱作为ph调节剂，经过低的外加偏压将cu2+还原为cu/cu2o催化材料，得到的催化剂具有粒径均一、形貌可控、结晶度低、表面电化学活性位点丰富、二氧化碳电化学活性优异等特点。

19、本发明中以可溶性铜盐、结构控制添加剂为原料，在碳纸表面通过调控添加剂用量、沉积电压、沉积温度、体系ph等条件合成不同结构的cu/cu2o催化电极；随后将其应用于膜电极组件进行二氧化碳电化学转化研究；采用常规的铜盐作为铜源、醋酸盐作为结构调节剂，常用的无机酸/碱作为ph调节剂，经过低的外加偏压将cu2+还原为cu/cu2o催化材料，本发明合成工艺简单、原材料易得、绿色环保，稳定性好。

20、本发明采用简单易操作的电沉积法在电极支撑材料上制备铜-氧化亚铜（cu/cu2o）作为电还原co2的催化剂。cu(i)和cu(0)之间的协同作用促进了co2活化和*co二聚化过程，从而改善了c2+生成的热力学和动力学，有效提高了cu/cu2o催化剂在co2rr中的活性和对c2+产物的选择性。

技术特征：

1.一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，电极支撑材料为玻璃碳、碳毡、碳布、碳纸、钛毡、石墨箔或泡沫钛中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中，铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜或醋酸铜中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，结构调节剂为甲酸钾、乙酸钾、丙酸钾、丁酸钾、戊酸钾、己酸钾、甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、戊酸钠、己酸钠、甲酸铵、乙酸铵、丙酸铵、丁酸铵、戊酸铵或己酸铵中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，酸为硫酸或盐酸中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，沉积温度为20℃、40℃、60℃或80℃中任意一温度。

8.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，沉积电压下为-0.2v、-0.4v、-0.6v、-0.8v或-1v中任意一电压。

9.根据权利要求1所述的一种用于电化学二氧化碳转化的cu/cu2o电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，溶液ph值为ph=2、2.5、3、3.5、4、4.5或4.7中任意一个取值。

技术总结一种用于电化学二氧化碳转化的Cu/Cu<subgt;2</subgt;O电极的制备方法，步骤1，将电极支撑材料放入浓硫酸中超声，用超纯水冲洗后放入恒温干燥箱烘干备用；步骤2，将铜盐溶于水中，并转移至反应容器中；步骤3，将结构调节剂溶解于步骤2所述的反应溶液中；步骤4，通过酸和碱对步骤3所述的反应溶液进行pH调节；步骤5，向反应容器中通入N<subgt;2</subgt;，取铜盐溶液置于沉积池中，以Ag/AgCl电极为参比电极、铂片为对电极，电极支撑材料为工作电极，在电化学工作站上进行Cu/Cu<subgt;2</subgt;O催化电极制备，具有粒径均一、形貌可控、结晶度低、表面电化学活性位点丰富、二氧化碳电化学活性优异特点；合成工艺简单、原材料易得、绿色环保，稳定性好。技术研发人员：李季,恒婧,吴恺,乔晓龙,仲维琦,朱琳涛受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18