[发明专利]一种二氧化碳电化学还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于二氧化碳电化学还原的技术领域，具体的涉及一种二氧化碳电化学还原催化剂及其制备方法。所述催化剂为氧化铜‑氧化亚铜复合石墨烯的复合材料。该催化剂对二氧化碳还原兼具高的电催化活性和选择性，特别是能显著提高对二氧化碳利用的能量效率；此外所述制备方法操作简单、绿色、产率高，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学还原的技术领域，具体的涉及一种二氧化碳电化学还原催化剂及其制备方法。

背景技术

化石燃料的大规模应用造成了二氧化碳的过量排放，由于大气中二氧化碳的增多而导致全球气候变暖。为了解决上述问题，人们利用可再生资源如太阳能、风能、潮汐能所产生的电能等将大气中过多的二氧化碳经电化学还原，转化为有价值的工业原料如甲烷、甲醇、甲酸等，因此电化学还原二氧化碳的方法是一种清洁、高效、环保的方法。

然而由于二氧化碳是热力学上最稳定的碳化合物之一，因此将其转化为其他碳化合物需要高能还原剂或外部能量来源。已有报道二氧化碳可以被多种不同金属如铜、银、锡等电化学还原制备一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等，如金属锡对甲酸有很强的选择性，甲酸产率能高达95％，然而随着还原反应的进行，锡板电极表面会生成金属有机配合物，加快析氢速率，降低甲酸的产率。再如银催化剂对二氧化碳还原为一氧化碳具有较高的选择性，然而不足之处是需要较高的过电位。众所周知，理想的电催化剂需要满足在较低的过电位下，以较高的电流效率产生单一产物，因此能否研制一种新型结构的催化剂以满足上述要求就显得至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种二氧化碳电化学还原催化剂及其制备方法，该催化剂对二氧化碳还原兼具高的电催化活性和选择性，特别是能显著提高对二氧化碳利用的能量效率；此外所述制备方法操作简单、绿色、产率高，应用前景广阔。

本发明的技术方案为：一种二氧化碳电化学还原催化剂，所述催化剂为氧化铜-氧化亚铜复合石墨烯的复合材料。

所述二氧化碳电化学还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)喷雾干燥法制备前驱体：称取氯化铜将其溶解于去离子水中得到氯化铜水溶液；在搅拌条件下，将氯化铜水溶液加入至氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀得到混合溶液；将混合溶液进行喷雾干燥，收集产物，得到前驱体；

(2)煅烧制备复合材料：取步骤(1)制备所得的前驱体铺于瓷舟底部，置于管式炉中，通入氩气并保持全程氩气下进行煅烧，煅烧结束后随炉冷却，收集产物，即得氧化铜-氧化亚铜复合石墨烯的复合材料。

所述步骤(1)中氯化铜为0.1～0.5g，去离子水为100～200mL；氧化石墨烯水溶液为100～200mL，其中氧化石墨烯采用Hummer法制备所得，浓度为1～5mg/mL。

所述步骤(1)中喷雾干燥的具体条件为：温度150～200℃，进料速度1～10mL/min。

所述步骤(2)中前驱体为0.1～1g。

所述步骤(2)中以100～200mL/min的速度通入氩气；煅烧的具体条件为：以1～5℃/min的升温速度升温至200～300℃，升温完成后保温1～3小时。

本发明的有益效果为：本发明利用喷雾干燥将石墨烯与铜基材料有机地结合在一起，最终得到氧化铜-氧化亚铜复合石墨烯的复合材料，并将该氧化铜-氧化亚铜复合石墨烯的复合材料应用于二氧化碳电催化还原中作为一种性能优异的催化剂，其对二氧化碳还原兼具高的电催化活性和选择性，特别是能显著提高对二氧化碳利用的能量效率。