[发明专利]一种铜镓铟三元多晶材料的合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种铜镓铟三元多晶材料的制备方法并将其作为电催化二氧化碳还原催化剂使用。本发明主要利用二元镓铟液态金属在碱液中和铜基底较易的合金化相互作用，先通过超声在铜基底上原位形成铜镓合金以及析出的单质铟。随后，进一步利用强碱液对其进行刻蚀处理，去除部分元素镓，成功得到表面带有孔隙的三元铜镓铟多晶材料。并将其应用于电催化二氧化碳还原性质的测试。本发明成功在泡沫铜自支撑电极基底上原位构建了多晶三元铜镓铟/铜的异质结构材料，通过合金模板化及去合金化刻蚀，实现多孔结构和元素比例的调控，提高了电催化二氧化碳还原的催化活性。

技术领域

本发明属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及一种铜镓铟三元多晶材料制备及其电催化二氧化碳还原方面的应用。

背景技术

近年来，由于二氧化碳过量排放引起的温室效应已经导致了很严重的环境问题。将过量的二氧化碳转化为可用的含碳能源并且缓解温室效应带来的负面影响是近年来人们关注的重点，开发新型二氧化碳还原催化剂迫在眉睫。目前已经有大量催化剂被发现，其中以铜基催化剂研究最为广泛。然而，市面上不经修饰的纯铜材料在二氧化碳还原领域中的表现并不尽如人意，展现出很低的二氧化碳还原催化效率。通过简单、高效的方法将自支撑铜电极改性为良好的二氧化碳还原催化剂具有实用价值，一直吸引着广大研究者的探索。

镓铟二元液态金属作为一种无毒、环境友好的新型金属材料，已经在催化、传感、合成二维材料、应力调控以及表面润湿等方面展现了巨大前景，并且其构成元素有催化二氧化碳还原的潜力。然而，镓铟二元液态金属自身却表现出电催化二氧化碳还原惰性，这极大限制了相关应用的扩展。目前，已有将液态金属作为电极载体直接应用在二氧化碳还原上，但其本身并不参与还原反应。通过利用液态金属和铜基底的合金化相互作用将二者改性，形成新的适合电催化二氧化碳还原的材料，还鲜有报导。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足以及性质的欠缺，基于简单、快速的超声以及刻蚀方法提出了一种铜镓铟三元多晶材料的合成方法及其应用。所合成的材料，尤其是以泡沫铜为基材合成的铜镓铟三元多晶材料，展现了良好二氧化碳电催化还原成一氧化碳的能力，对比商用的铜基底和液态金属本身，可直接作为电极使用，催化性能有了大幅提升。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种三元铜镓铟多晶材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)将铜片浸没于二元镓铟液态金属中，搅拌20～120min，取出得到表面粘有均匀二元镓铟液态金属的铜片。

(2)将步骤(1)中得到的表面粘有均匀二元镓铟液态金属的铜片浸没于0.05～1M氢氧化钾溶液中超声3～10min，待溶液浑浊后，将铜片取出，用去离子水冲洗，得到银灰色的铜片。

(3)将步骤(2)中铜片在空气中静置干燥4～6h后，再次浸没于2～3M氢氧化钾溶液中静置，待30min后将铜片取出，用去离子水冲洗并自然干燥得到三元铜镓铟多晶材料。

作为优选，所述铜片为泡沫铜片。

进一步地，步骤(1)中干净的泡沫铜片通过如下步骤获得：步骤(1)中干净的泡沫铜片通过如下步骤获得：将规格为10mm*15mm*2mm的泡沫铜依次浸没在丙酮、0.5M的稀盐酸和乙醇超声15min，将超声后的泡沫铜片用惰性气体吹干即可。

本发明还涉及上述方法合成的三元铜镓铟多晶材料材料，尤其是以泡沫铜为基材合成的铜镓铟三元多晶材料在电催化二氧化碳还原中的应用。

本发明的有益效果是：本发明通过简单的超声和刻蚀方法得到一种表面带有孔隙的铜镓铟三元多晶复合材料，该材料可以直接作为自支撑电极应用在电催化二氧化碳还原的测试中，并且由于模板化以及元素比例的调节大幅提高了其本征催化活性，增加了一氧化碳生成的产量以及法拉第效率。

附图说明