[发明专利]一种多价态铜纳米材料、其制备方法及其作为电催化剂在碳捕获技术中的应用

说明书

本发明公开了一种多价态铜纳米材料、其制备方法及其作为电催化剂在碳捕获技术中的应用。所述制备方法包括：取铜盐的稀溶液，加入络合剂，形成铜盐前驱体的配合物；加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后再加入稳定剂；逐滴加入硼氢化钠溶液，进行还原，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述多价态铜纳米材料。本发明的多价态铜合金纳米材料用于二氧化碳捕获反应的电催化剂时，转化效果好，对甲醇的转化效率高，且可以在水相、常温、常压条件下完成转换，具有非常高的实际应用价值；本申请的多价态铜合金催化剂可以选择性的将二氧化碳还原成甲醇，其法拉第效率可高达75％。

技术领域

本发明涉及一种多价态铜纳米材料、其制备方法及其作为电催化剂在碳捕获技术中的应用。

背景技术

工业革命以来，人类获取能量的方式主要为燃烧化石燃料，由此产生的过量废气排放已经导致大气中二氧化碳(CO₂)含量上升至约410 ppm(parts per million，2019年)，带来气候变化、海洋酸化等一系列潜在威胁。

目前提出的人工固碳技术包括热催化CO₂还原、电催化CO₂还原、光催化CO₂还原等，从技术难度、成熟度、经济性角度考量，热催化CO₂还原通常需要维持高温和高压，光催化CO₂还原则通常需要光敏剂甚至电子牺牲剂，体系组成较复杂且效率较低；相比而看，电催化CO₂还原可在相对温和的条件下进行，装置架构也相对简单，因此受到科研界和工业界的广泛关注；另一方面，近年来不断发展的新型可再生能源已在全球能源结构中占据越来越大的比重，然而这些新能源产生的电能在时间上有间歇性，难以与电网的实时需求精确匹配，因此需要开发出合适的储能技术与之配合，以充分利用间歇性过剩的电能。在这一方面，电化学手段可以将电能转化并储存在化学键里，以电解水反应和电催化CO₂还原反应为典型代表. 不同于电解水得到氢气、氧气、过氧化氢等几种简单产物，电催化CO₂还原可得到一系列有商业价值的产物，如一氧化碳、甲酸、甲醇、甲烷等一碳化合物，以及乙烯、乙醇、乙二醇、丙烯、正丙醇等二碳、多碳化合物。由于以上原因，开发高效的电催化CO₂还原技术近年来已成为一大研究热点。电催化二氧化碳(CO₂)还原有望实现温室气体的回收，还能合成一系列有经济价值的产物，实现碳循环。