[发明专利]一种具有高指数晶面的铜纳米电极及其制备方法和用途

说明书

本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种具有高指数晶面的铜纳米电极、及其制备方法和用途。所述电极包括导电基底以及负载于所述导电基底表面的铜纳米线聚集体；所述铜纳米线长度为10‑200μm，长径比大于1000，所述铜纳米线表面具有台阶状的形貌，具有高指数晶面，所述高指数晶面包括但不限于200、220、222、311、310、320、331、400、510、511、533、610、755高指数晶面。本发明还公开了上述电极的制备方法和用途。本发明首次制备了高指数晶面的电极材料，用于电化学还原二氧化碳时可以很好的抑制副反应，对高碳产物乙烯、乙醇以及异丙醇有很好的选择性。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种具有高指数晶面的铜纳米电极及其制备方法和用途。

背景技术

近些年来，随着人们对化石燃料的大量开采与使用，导致了大气中二氧化碳含量的剧烈增加，造成了温室效应、全球变暖等一系列严重的环境问题。与此同时能源危机问题也日益凸显，降低大气中二氧化碳含量以及寻找新型清洁能源成为现行的重要课题。电催化二氧化碳还原技术将大气中过量的二氧化碳转化为可再生燃料或增值化学品且不产生额外的污染物，是实现碳循环，解决能源和环境问题的有效手段，因此成为人们关注的热点。

随着研究发现，铜基材料在电催化二氧化碳还原技术中拥有很大的应用前景，可催化二氧化碳还原产生具有高商业价值的高阶烃类产物。然而，由于产物选择性低、抑制副反应(析氢反应)困难等，使得探索高电流密度、高产物选择性的铜基催化剂用于二氧化碳还原反应仍然是一个巨大的挑战。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

本发明第一方面提供一种具有高指数晶面的铜纳米电极，所述电极包括导电基底以及负载于所述导电基底表面的铜纳米线聚集体；所述铜纳米线具有面心立方晶体结构且具有高指数晶面，所述高指数晶面包括但不限于200、220、222、311、310、320、331、400、510、511、533、610、755晶面。

优选地，所述导电基底选自碳纸、碳布、铜箔、泡沫铜或泡沫钛中的一种或几种。

优选地，所述铜纳米线长度为10-200μm，长径比大于1000。

优选地，所述铜纳米线表面具有台阶状的形貌。铜材料基本都是面心立方。

其中晶面指数是晶体的常数之一，通过空间点阵中任意三结点的平面称为晶面，采用晶面指数来表征晶面。晶面指数是晶面在3个结晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得出的3个整数称为该晶面的米勒指数。六方和三方晶系晶体当选取4个结晶轴时，一个晶面便有4个截距系数，由它们的倒数比所得出的4个整数则称为晶面的米勒-布拉维指数。以上两种指数一般通称为晶面指数。本文采用米勒指数表示晶面指数。

而高指数晶面即指相对于低指数晶面其晶面的间距相对较大。

本文所述的高指数晶面按米勒指数来划分，只要有一个数字是大于或者等于2的都是高指数晶面。例如三个基础晶面111、110、100是低指数晶面，晶面220、211、311、310是高指数晶面。

其中，铜纳米线电极为多个铜纳米线无序的平行负载于导电基底上。

优选地，所述导电基底选自碳纸、碳布、铜箔、泡沫铜或泡沫钛中的一种或几种。

本发明第二方面提供一种第一方面所述的铜纳米电极的制备方法，包括如下的步骤：

(1)将铜盐溶液加入至碱性溶液中，混合均匀后加入乙二胺，之后在混合溶液中加入肼溶液，反应后即得到铜纳米线的分散液；

(2)将步骤(1)中得到的铜纳米线分散液涂覆于导电基底上，干燥，得到涂覆了铜纳米线的导电基底，将其采用方波电位法处理一定的时间，即得到所述的铜纳米线电极。