[发明专利]一种铋铜双金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种铋铜双金属催化剂的制备方法，属于二氧化碳电化学还原催化剂制备及应用技术领域，铋盐和铜盐通过溶液化学还原方法合成铋铜双金属催化剂。本发明为BiCu双金属催化剂，由溶液化学还原方法合成，通过有效调控催化剂合成条件，获得BiCu双金属催化剂，可以极大提高二氧化碳还原的选择性，降低CO₂还原的过电势，提高能量效率，同时有效地抑制二氧化碳还原过程中的竞争性析氢副反应，提高了甲酸盐的选择性，有效提高了CO₂的利用率和转化率。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学还原催化剂制备及应用技术领域。

背景技术

自工业化以来，由于化石能源的消耗，二氧化碳（CO₂）排放量不断增加，导致全球气温升高、冰川融化、海平面上升等诸多环境问题，人类赖以生存的环境面临着前所未有的威胁与挑战。因此，减少CO₂排放，寻求和发展绿色能源技术，实现“碳中和”已成为国际上普遍关心的重大全球性问题。

CO₂引起的环境问题是突出和典型的，但CO₂并不是“废物”，它作为一种丰富、廉价、潜在的C1原料，可通过化学方法、光催化、电催化等技术转化为碳基燃料或化学品 [DaltonTrans., 39, 3347–3357(2010)]。然而，CO₂是一种化学性质非常稳定的气体，分子呈直线型、中心对称的结构（O=C=O），只有在高温、高压等特殊环境下，输入能量，在催化剂活化条件下，才能打开C=O双键。电化学还原技术利用太阳能、风能等可再生能源所产生的电能驱动还原反应，将CO₂ 直接转换为高附加值的化学品及低碳燃料（甲酸、一氧化碳、甲醇等碳氢化合物），且反应过程具有可控性（通过改变电解条件，如电极、电解液，选择性地控制产物生成），电化学系统结构紧凑、易于放大规模[Chem. Soc. Rev., 43 (2014) 631-675]。因此，电化学还原技术是进行CO₂能源转换和利用的有效手段之一，实现了CO₂转化的“碳中性”循环，降低了化石能源碳的排放，实现了间歇电能在高能量密度物质的储存，应用前景乐观[Joule, 2(2018)825-832]。

金属铋作为一种环境友好同时又较经济的金属，是一种理想的催化剂选择[J.Am. Chem. Soc., 136 (2014) 8361-8367]。铜是另一种潜在的催化金属，具有生成一氧化碳、甲酸和各种碳氢化合物(如甲烷、乙醇和乙烯)的独特特性[Advanced materials, 32(2020) e1908398, Chinese J Chem, 37 (2019) 497-500]。但目前Cu催化剂仍存在诸多挑战，如能量效率低、目标产品选择性差等[Nano Energy 53 (2018) 27–36]。合成二元或多组分催化剂，通过调控局部环境的几何结构和电子结构，借助多组分之间的协同效应，提高催化剂的活性、选择性和稳定性，是提高CO₂电催化性能的有效途径[J. Am. Chem. Soc.139 (2017) 4290–4293, Adv. Energy Mater. 8 (2018), 1802427]。

发明内容

本发明目的在于提供一种铋铜双金属催化剂的制备方法，同时提供该铋铜双金属催化剂的应用是本发明的另一发明目的。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铋铜双金属催化剂的制备方法，铋盐和铜盐通过溶液化学还原方法合成铋铜双金属催化剂。

一种铋铜双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）将铋盐和铜盐溶解于有机溶剂中，加入聚乙烯吡咯烷酮，混合，得催化剂前驱体溶液，聚乙烯吡咯烷酮的物质的量与铋盐和铜盐中金属离子物质的量之和的比例为（1～5）:（1～10）；

2）将硼氢化钠溶液溶解于有机溶剂中，得还原溶液；