[发明专利]改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用

说明书

本发明提供了一种改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用，涉及催化还原二氧化碳技术领域。该改性铜片的制备方法通过将预处理后的铜片先进行电抛光后再进行氧化处理，将得到的氧化铜片进行紫外光还原处理，得到改性铜片；该制备方法可实现对铜片的表面改性，经过上述方法制得的改性铜片具有均匀分布的相互交叉的纳米片状结构，与初始铜片的光滑结构相比，增加了许多活跃的不饱和位点，当将该改性铜片应用于电催化还原CO₂反应时，可为CO₂和中间产物的吸附和反应提供了很好的场所，并使得反应的比表面积极大地增加，更大程度的暴露了活性位点，有利于电催化还原CO₂反应的进行。

技术领域

本发明涉及催化还原二氧化碳技术领域，尤其是涉及一种改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用。

背景技术

电催化还原CO₂作为一种高效便捷转化CO₂的途径，近年来发展势头强劲，引起了广泛关注。电催化还原CO₂的产物丰富，有一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、甲酸(HCOOH)和乙烯(C₂H₄)、乙醇(C₂H₅OH)等。C1产物如一氧化碳、甲烷、甲酸，因其还原过程所需电子数较少，反应路径短，较为容易实现，法拉第效率均以达到90％以上，甚至接近100％。而C2产物的生成要在C1中间产品的基础上继续加氢，反应路径长，中间产物复杂，多电子过程往往也需要更高的过电势，故C2产物的法拉第效率差强人意。与其他金属催化剂不同，铜有着独特的对于*CO的适中吸附，既不会过早脱附产生CO、CH₄、HCOOH等C1产物，又不会因过强的吸附，使催化剂无法接触反应物而失活，其对*CO的适中吸附使得C-C耦合更容易进行，因此铜生产C2产物有着其他金属催化剂无可比拟的优势。

直接将块状的多晶铜作为工作电极参与电催化还原CO₂反应的性能表现较差，副产物氢气的产率过高，含碳产物也只有少量的C1产物如甲烷、一氧化碳。研究者们对于铜催化材料进行了一系列的改性，包括，控制其形貌结构、氧化处理、与其他材料复合等方法，其中将块状多晶铜表面进行改性，使其具有更优的形貌和结构，是一种简便的方案。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种改性铜片的制备方法，以改善现有技术中所存在的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种改性铜片，采用上述制备方法制得。

本发明的第三目的在于提供一种用于电催化还原CO₂的催化电极，采用上述改性铜片制得。

本发明的第四目的在于提供上述改性铜片或用于电催化还原CO₂的催化电极的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种改性铜片的制备方法，包括以下步骤：

(a)将预处理后的铜片进行电抛光，得到抛光铜片；

(b)将抛光铜片进行氧化处理，得到氧化铜片；

(c)将氧化铜片置于还原液中并采用紫外光照射，得到改性铜片。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，预处理步骤包括：

将初始铜片分别在丙酮、乙醇和水中进行超声处理，然后置于酸溶液浸泡，分离，得到预处理后的铜片。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，以预处理后的铜片作为工作电极、铂片作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极，在以磷酸为电解液的三电极体系中进行电抛光；