[发明专利]二维铜纳米片的高产率制备

说明书

基于Cu的纳米结构因其独特的化学和物理性质而具有优异的催化、电子和等离子体激元性能。已针对催化CO₂电还原探索了一系列Cu材料，包括箔、球形纳米颗粒、纳米线和纳米立方体。然而，CO₂电还原反应的实际应用要求Cu催化剂保持高的裸露表面原子百分数以提高产物选择性。本公开描述了一种高温还原方法来在疏水体系中制备尺寸范围为约40nm至约13μm的Cu纳米片。三辛基膦(TOP)的纯度对于Cu纳米片的形状控制合成起着重要作用。通过调节TOP/Cu‑十四烷基胺络合物的进给摩尔比研究了形貌演变。通过本公开的方法形成的Cu纳米片具有高的表面积和在溶液中超过三个月的稳定性。这些Cu纳米片在将CO₂还原为燃料中具有应用。

技术领域

本公开涉及铜纳米颗粒，特别是铜纳米片、其制备方法及其催化应用。

背景技术

贵金属纳米结构的形状控制合成由于其结构依赖性的催化、电子和光学性质而吸引了广泛关注。与Au和Ag相比，Cu基纳米催化剂已由于其较低的逸出功和成本以及较高的地球丰度而已表现出优异的CO₂还原反应催化性能。已针对催化CO₂电还原探索了一系列Cu纳米结构，如球形、纳米立方体、纳米棱柱和纳米线。此外，实验结果已表明，CO₂电还原对Cu电极的表面形貌敏感。虽然具有高表面积百分数的Cu基Ni(OH)₂纳米片已经证实对CO₂还原反应具有优异的催化效率和选择性，但是纯Cu纳米片的合成方法还没有很好地建立，并且纯Cu纳米片用作电催化剂的应用在文献中很少见。因此，开发高产率制备二维Cu纳米结构的高效方法对于将CO₂转化为燃料和化学品来说变得越来越重要和迫切。

近年来，若干报道已集中在盘状形状Cu纳米颗粒的水性合成上，例如，通过水热路线、表面活性剂辅助方法和硬模板方法。然而，以上这些方法需要在水溶液中进行并且其尺寸大于几微米。而且，它们的纯度、稳定性和Cu纳米片的产率非常有限。

发明内容

下文呈现本公开的一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本认识。该概述不是对全部所设想方面的广泛综述，并且既不意图标识所有方面的关键或重要要素，也不意图描绘任何或所有方面的范围。其目的在于以简化的形式呈现一个或多个方面的一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一些实施方案中，本公开涉及一种制备铜纳米片的方法，所述方法包括：将包含还原剂和一种或多种表面活性剂的反应物溶液加热到约280℃至约330℃的温度，以形成经加热的溶液；和向所述经加热的溶液中注入含铜前体的热溶液以形成铜纳米片。

在一些实施方案中，本公开涉及一种制备二氧化碳转化催化剂的方法，所述方法包括：将包含油胺和三辛基膦(TOP)的反应物溶液加热到约280℃至约330℃的温度，以形成经加热的溶液；和向所述经加热的溶液中注入铜-十四烷基胺(Cu-TDA)的热溶液以形成铜纳米片。

在一些实施方案中，本公开涉及一种包含铜纳米片的二氧化碳还原催化剂，所述铜纳米片的特征在于厚度小于100nm；且长度为约40nm至约13μm。

通过阅读下面的详细描述，将更全面地理解本发明的这些及其他方面。

附图说明

图1示出了根据本公开的一些方面的Cu纳米片的形状控制合成的实验方案。

图2A示出了根据本公开的一些方面通过添加1.0mL 97％的TOP制得的Cu纳米片的低分辨率SEM图像。

图2B示出了根据本公开的一些方面通过添加1.0mL 97％的TOP制得的Cu纳米片的高分辨率SEM图像。

图2C示出了根据本公开的一些方面通过添加1.0mL 97％的TOP制得的Cu纳米片的TEM图像。