[发明专利]一种铜基催化剂在电催化加氢中的应用

说明书

本发明公开了一种铜基催化剂在电催化加氢中的应用。在电催化加氢的应用中待加氢物质包括含醛基的呋喃衍生物；电催化加氢中的催化剂由如下方法制得：将载有CuO纳米线的电极经电化学还原制得铜基催化剂即可，载有CuO纳米线的电极浸于中性电解质的水溶液中。在电催化加氢过程中，该催化剂的成本低，且具有良好的法拉第效率。

技术领域

本发明涉及一种铜基催化剂在电催化加氢中的应用。

背景技术

工业上生物质加氢通常通过热催化转化法、催化转移氢化法或者电催化加氢法实现。其中，热催化转化法是以氢气作为氢源，需要高温气氛，反应具有危险性；另外氢气裂解提供活性氢的过程需要大量的能量，总反应能量效率低。催化转移氢化法通常涉及到价格高的加氢试剂（例如甲醇），而且引入加氢试剂带来的副产物在产品提纯时工艺复杂，经济效益低。电催化加氢法由于其具有绿色环保的特征，近年来受到了广泛的关注，该过程避免了高压氢气以及价格高昂的加氢试剂的使用，且具有反应条件温和，反应程度易于控制等优点。

但是，电催化加氢法的推广依然有赖于良好的催化剂，例如虽然储量丰富的呋喃衍生物（糠醛和5-羟甲基糠醛，HMF）可以通过电催化加氢法提质获得有价值的化学品，从而有效减少对化石燃料的依赖；然而，该方面的催化剂在实际应用过程中，催化剂成本较高（例如贵金属、硫化钼等），因此无法真正应用于工业生产。

因此，亟需一种能够用于电催化加氢反应中的低成本催化剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的电催化加氢过程中，催化剂成本高的缺陷，而提供一种铜基催化剂在电催化加氢中的应用。在用于电催化加氢过程中，该铜基催化剂成本低，同时还具有良好的法拉第效率。

本发明是通过以下方案来解决上述技术问题的：

一种铜基催化剂在电催化加氢中的应用，所述电催化加氢中的待加氢物质包括含醛基的呋喃衍生物；所述电催化加氢中的催化剂由如下方法制得：

将载有CuO纳米线的电极经电化学还原制得铜基催化剂即可，所述载有CuO纳米线的电极浸于中性电解质的水溶液中；所述水溶液包含中性电解质和水。

本发明中，较佳地，所述水溶液包含含醛基的呋喃衍生物，中性电解质和水；更佳地，所述水溶液仅由含醛基的呋喃衍生物，中性电解质和水组成。

其中，较佳地，所述含醛基的呋喃衍生物包括糠醛和/或5-羟甲基糠醛。

其中，所述水溶液中，所述含醛基的呋喃衍生物的浓度可为0.05~0.1mol/L。

本发明中，较佳地，所述电催化加氢中的待加氢物质包括含醛基的呋喃衍生物，所述含醛基的呋喃衍生物包括糠醛或5-羟甲基糠醛。

本发明中，所述电催化加氢的条件可为本领域常规。所述电催化加氢的电压可为-0.35V~-0.55V，较佳地为-0.35V~-0.5V，例如-0.4V或者-0.45V。所述电催化加氢的时间可为1~5小时，较佳地为2或者3小时。更佳地，所述电催化加氢在-0.45V下，进行2小时。所述电催化加氢的温度可为室温，例如20~25℃。

本发明中，所述中性电解质可为本领域常规，例如硫酸钠、硫酸钾、氯化钠和氯化钾中的一种或多种。所述中性电解质的水溶液浓度可为0.5~1mol/L。

本发明中，所述电化学还原的体系中，阳极电解液可为本领域常规，较佳地为上述中性电解质的水溶液。

本发明中，较佳地，所述电化学还原的体系中，所述水溶液为阴极电解液。

本发明中，所述电化学还原一般为：以载有CuO纳米线的电极为工作电极，进行电化学还原即得；较佳地为：以载有CuO纳米线的电极为工作电极，利用参比电极与对电极，进行电化学还原即可。所述参比电极可为Ag/AgCl参比电极。所述对电极可为铂电极。