[发明专利]一种制备负载铜有序介孔碳电极材料方法及电催化应用

说明书

本发明公开了一种制备负载铜有序介孔碳电极材料方法及电催化应用，其特点是采用三嵌段共聚物为介孔材料的模板剂、可溶性酚醛树脂为碳源，硝酸铜为铜源，利用溶剂挥发诱导自组装的原理，在溶剂挥发、加热固化、高温碳化之后得到负载铜有序介孔碳电极材料，并将其应用在电解苯甲醇与二氧化碳反应制备苄基甲基碳酸酯。本发明与现有技术相比具有均一的孔径和较大的比表面积、孔容，而且铜纳米粒子高度分散在有序介孔碳的表面，相比于普通铜片电极对苯甲醇的电催化表现出了更高的电催化活性，是一种在电催化方面有广泛应用前景的材料。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体地说是一种制备负载铜有序介孔碳电极材料方法及电催化应用。

背景技术

二氧化碳是主要的温室气体，同时也是廉价、无毒、丰富的碳资源，所以二氧化碳的固定及使用得到了广泛关注，不仅能合成重要的化工产品，还能提高能源利用效率，减少环境污染，实现能源利用的良性循环（E. E. Benson, C. P. Kubiak, A. J. Sathrum, J.M. Smieja, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 88; T. Yamamoto, D. A. Tryk, K.Hashimoto, A. Fujishima, M. Okawa, J. Electrochem. Soc., 2000, 147(9), 3393）。

电羧化是一种有效固定CO₂的方法，提供了一条在常温常压下利用CO₂与卤代物、醛、酮、环氧化物、醇等制备有机碳酸酯的途径，其中属于芳香基碳酸脂的苄基甲基碳酸酯就可以用电化学的方法用CO₂与苯甲醇来制得（L. X. Wu, H. Wang, Y. Xiao, Z. Y. Tu,B. B. Ding, J. X. Lu, Electrochem. Commun, 2012, 25, 116）。在相关研究中，铂、汞、铜电极是广泛应用的电极，其中因铂是贵金属、汞对环境有害，所以选择铜作为电极材料。但是有研究表明将铜纳米颗粒负载在碳上，其电催化活性优于铜片电极（T. Yamamoto, D.A. Tryk, A. Fujishimal, H. Ohata, Electrochimica Acta, 2002, 47, 20, 3327），所以将纳米粒子分散在高比表面积的载体上可以提高电催化活性。

有序介孔碳与传统的碳材料相比，其具有比表面积大、孔道排列规则、孔径分布窄等特点，因而能够使纳米粒子在其表面高度分散且更利于反应物及产物的传质（Z. L. Li,J. H. Liu, Z. W. Huang, Y. Yang, C. G. Xia, F. W. Li, ACS Catal., 2013, 3(5):839）。另外，因其具有良好的导电性，所以可以用作电极材料应用在电化学领域，所以将纳米粒子高度分散在有序介孔碳上制备高电催化活性的电极材料具有重要意义，现有技术还未曾见有报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种制备负载铜有序介孔碳电极材料方法及电催化应用，采用三嵌段共聚物Pluronic F127为介孔材料的模板剂，以及可溶性酚醛树脂为碳源、硝酸铜为铜源和乙酰丙酮为分散剂，以溶剂挥发诱导自组装合成负载铜有序介孔碳电极材料，具有较大的比表面积、较大的孔容及均一的孔径，而且铜纳米粒子高度分散在有序介孔碳的表面，相比于普通铜片电极对苯甲醇的电催化表现出了更高的电催化活性，是一种很有应用前景且十分理想的电催化材料。

实现本发明目的的技术方案是：一种制备负载铜有序介孔碳电极材料方法，其特点是以三嵌段共聚物为模板剂，可溶性酚醛树脂为碳源，硝酸铜为铜源，采用溶剂挥发诱导自组装得到有序介孔结构的碳电极材，具体制备包括以下步骤：

a步骤：将苯酚与甲醛和质量浓度为20%的NaOH按1：2～5：0.1～0.5摩尔比混合，在70～80℃温度下反应60～80 min，然后冷却至室温，用HCl调节pH为6～8，旋蒸除水后得可溶性酚醛树脂。