[发明专利]一种锑掺杂铜/氧化亚铜电催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种锑掺杂铜/氧化亚铜电催化材料的制备方法及其应用，该复合材料采用简单可控的低温共还原法一步合成锑掺杂的铜/氧化亚铜复合材料，其表达式为Cu/Cu₂O‑Sb，属于新能源纳米材料合成技术领域。以无水氯化铜和酒石酸锑钾作为铜源和锑源，硼氢化钠作为还原剂，在低温下通过控制溶液pH、硼氢化钠还原速率、酒石酸锑钾的前驱体量，完成一步还原过程,得到锑掺杂的铜/氧化亚铜纳米粒子复合材料。本发明的合成方法可以解决现有合成技术过程中多步繁琐、均匀性差等问题以及丰富了铜基电催化材料的进一步研究发展。该材料表现出优异的电催化二氧化碳还原性能，适用于新能源开发领域。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料合成及电化学技术领域，具体地说，涉及一种锑掺杂铜/氧化亚铜电催化还原二氧化碳复合材料及其合成和应用。

背景技术

工业生产和人类生活对化石能源的消耗，使得能源短缺问题日益加剧，伴随而来的二氧化碳浓度持续上升，导致能源与环境问题成为当下亟待解决的两大问题。电催化还原二氧化碳技术作为能源转化和储存的绿色新能源技术，可以充分利用可持续的二次电力，有效地将二氧化碳转化为有价值的燃料或者化学原料，对可持续发展的碳循环具有重要意义。然而，阻碍电催化还原二氧化碳的关键挑战在于，二氧化碳活化需要很高的过电势，伴随而来的竞争性析氢反应不可避免，同时当前的电催化剂普遍具有效率低、成本高、稳定性差的问题。因此，开发高效、稳定且成本低廉的电催化还原二氧化碳材料显得尤为重要。

铜及其氧化物由于矿藏丰富、成本低廉，通过电催化技术能有效的将二氧化碳转化为高附加值的一氧化碳、多碳烃类或者醇类而备受研究者的青睐。然而电催化还原二氧化碳涉及多电子转移过程，其还原产物复杂，单一产物效率低，限制了该技术的进一步发展。而且，铜及其氧化物复合材料的研究目前大多采用多步法合成，过程繁琐。合成及性能方面的不足，使得铜及其氧化物复合材料的研究尚浅。

因此，制备合成简单、性能高效、成本低廉的新型铜及其氧化物复合材料用于电催化还原二氧化碳是一项具有挑战性的课题。

发明内容

本发明提供了一种锑掺杂铜@氧化亚铜电催化还原二氧化碳复合材料及其合成方法和应用，解决了目前关于新型高效铜及其氧化物复合材料研究不足的问题。

本发明针对目前铜及其氧化物复合纳米材料化学合成方法周期长、步骤繁琐、催化性能差等一系列问题，提供了一种一步还原法合成锑掺杂铜/氧化亚铜纳米颗粒复合材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种锑掺杂铜/氧化亚铜电催化还原二氧化碳复合材料，所述复合材料为锑均匀掺杂在具有疏松堆积结构的铜/氧化亚铜纳米颗粒，其表达式为Cu/Cu₂O-Sb。

另一方面，本发明还提供了上述锑掺杂铜/氧化亚铜电催化还原二氧化碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)铜盐、锑盐前驱体溶液的配制；

(2)金属盐溶液的低温一步还原。

进一步地，上述锑掺杂铜/氧化亚铜电催化还原二氧化碳复合材料具体制备步骤如下：

(1)铜盐、锑盐前驱体溶液的配制方法如下：将无水氯化铜溶解于稀盐酸溶液成溶液A，将酒石酸锑钾溶解于去离子水中成溶液B，其中溶液A的摩尔浓度为B溶液摩尔浓度的25～80倍。