[发明专利]一种金属铜络合物及其在电化学CO2

说明书

本申请公开了一种金属铜络合物及其制备方法，所述金属铜络合物由铜离子与芳香性配体络合而成，所述铜络合物对CO₂还原产物的选择性高，特别地，CH₄以及C₂H₄产物的法拉第效率(FE)在‑1.1V vs.RHE(相对可逆氢电极)条件下分别能够达到20％和50％，所述制备方法工艺简单、过程成本及能耗低、合成原料便宜、且适合大批量合成，可广泛应用于电化学CO₂还原(ECR)。

技术领域

本申请属于电化学领域，特别涉及一种金属铜络合物及其在电化学CO₂还原中的应用。

背景技术

随着化石燃料的大量使用，二氧化碳被不断地排放至大气中，被排放的二氧化碳仅能够 被植被等利用重新进入碳循环，然而，植被吸收二氧化碳的能力有限，被排放至大气中的二 氧化碳仍有大部分不能够及时进入自然界的碳循环，大气中过量的二氧化碳已经造成全球气 候灾害性变化，成为全球必须共同面对的难题。

电化学CO₂还原(Electrochemical CO₂ Reduction，ECR)是一种很有前途的能源循环利 用技术，其能够将实现再生能源间歇储存和零碳排放。原则上，ECR能够将碳排放转化为可 再生能源，如一氧化碳、甲酸盐、乙烯、乙醇和其他增值化学品。但是，ECR的转化效率受 到缓慢的动力学限制，另外水体系中析氢副反应(HER)的存在也会降低产物选择性。因此， ECR的应用一直受到制约，需要开发目标产物选择性高/转化效率高的新型ECR催化剂。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种金属铜络合物及其制备方法，所述金属铜络合物由铜 离子与芳香性配体络合而成，所述铜络合物对CO₂还原产物的选择性高，特别地，CH₄以及 C₂H₄产物的法拉第效率(Faradaic efficiency，FE)在-1.1V vs.RHE(可逆氢电极，Reversible Hydrogen Electrode)条件下分别能够达到20％和50％。所述制备方法工艺简单、能耗低、合 成原料便宜、适合大批量合成，可以广泛应用于ECR。

本申请的目的在于提供以下几个方面：

第一方面，一种金属铜络合物，所述金属铜络合物包括铜离子和芳香性配体，其中，所 述芳香性配体包括对苯二甲酸(TPA)、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸、5-氨基 间苯二甲酸和均苯三甲酸中的至少一种，优选地，所述芳香性配体选自对苯二甲酸。

在一种可实现的方式中，所述金属铜与芳香性配体的摩尔比为金属铜的摩尔量:芳香性配 体的摩尔量＝1:(1～2)，优选为1:1。

在一种可实现的方式中，制备所述金属铜络合物的分散剂为乙醇(EtOH)、水和DMF中 的至少一种。

在一种可实现的方式中，所述金属铜络合物在2θ角为11.8°、17.1°、27.6°处存在衍射峰。

进一步地，所述金属铜络合物在955.1eV附近具有结合能(BE)的突出峰，被指定为Cu 2p_1/2；在935.4eV附近具有结合能的突出峰，被指定为Cu 2p_3/2，在963.0eV附近的单峰与945.0eV附近的双峰是它们各自的卫星峰。

本申请提供的金属铜络合物能够应用于电化学CO₂还原(ECR)，特别地，所述金属铜络 合物在催化电化学CO₂还原中能够将CO₂选择性地还原为乙烯和甲烷，在-1.1V vs.RHE条 件下乙烯的法拉第效率为50％，甲烷的法拉第效率为20％，总电流密度能够达到12mA·cm^-2。 本申请人认为，所述金属铜络合物能够取得上述效果是基于所述金属铜络合物具有较大的比 表面积，使其具有较高吸附能力和更多暴露的活性位点。