[发明专利]一种聚苯胺氧化亚铜复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚苯胺氧化亚铜复合材料及其制备方法和应用，所述方法如下：S1：将亲水碳纸装于铂电极夹上作为工作电极，以铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解池中；S2：将苯胺与酸的混合溶液加入至S1中的电解池中，以循环伏安法进行氧化还原反应制备聚苯胺模板；S3：将S2所得聚苯胺模板置于铜盐与酸的混合溶液中，采用恒电位电沉积法制备聚苯胺氧化亚铜复合材料；其中，S3中，所述混合溶液中铜盐的浓度为0.01～0.5mol/L，酸的浓度为0.05～0.5mol/L；恒电位为‑0.05～‑0.3V，沉积时间为150～1800s。本发明提供的方法制备得到的聚苯胺氧化亚铜复合材料的形貌、尺寸可控，具有良好的电催化性能，可应用于电还原CO₂领域。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体地，涉及一种聚苯胺氧化亚铜复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳（CO₂）是引起全球温室效应的主要气体，自工业革命以来，人类消耗了大量的化石能源（煤、石油、天然气），进而导致空气中的CO₂急剧上升。在现代社会中，通过利用可再生的电能来对二氧化碳进行电化学还原，产生可持续燃料或化学品，将使得碳循环变得更为容易。这种转化形式还有利于缓解CO₂的释放与全球经济的可持续增长。在电化学还原CO₂的研究中，Cu基纳米材料仍是研究最多的阴极材料之一，而两种或多种材料的复合可以提高材料的电催化性能。

因此，亟需研发一种具有良好电催化性能，同时制备方法简单的复合Cu基纳米材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚苯胺氧化亚铜复合材料的制备方法，本发明提供的方法制备得到的聚苯胺氧化亚铜复合材料的形貌、尺寸可控，具有良好的电催化性能，可应用于电还原CO₂领域。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的聚苯胺氧化亚铜复合材料。

本发明的另一目的在于提供聚苯胺氧化亚铜复合材料在电还原CO₂中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚苯胺氧化亚铜复合材料的制备方法，所述方法如下：

S1：将亲水碳纸装于铂电极夹上作为工作电极，以铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解池中；

S2：将苯胺与酸的混合溶液加入至S1中的电解池中，以循环伏安法进行氧化还原反应制备聚苯胺模板；

S3：将S2所得聚苯胺模板置于铜盐与酸的混合溶液中，采用恒电位电沉积法制备聚苯胺氧化亚铜复合材料；

其中，S3中，所述混合溶液中铜盐的浓度为0.01～0.5mol/L，酸的浓度为0.05～0.5mol/L；恒电位为-0.05～-0.3V，沉积时间为150～1800s。

本发明以通过循环伏安法制备得到的多孔蓬松聚苯胺结构为模板，通过聚苯胺与铜盐的酸混合溶液进行电沉积反应，从而制备得到具有规整多面体形貌的纳米聚苯胺氧化亚铜复合材料。本发明利用Cu金属良好的电催化CO₂性能，加上聚苯胺（PANI）独特的导电性、易于合成及成本低廉等特性，通过电化学方法制备了形貌、尺寸可控的PANI/Cu₂O纳米复合材料，该复合材料可应用于电还原CO₂领域。

在本发明中，铜盐和酸的浓度过低会影响沉积出来铜晶体结构，无法出现规整的晶体形貌；若浓度过高，生成的晶体会团聚在一起，影响了整体结构。因此优选地，S3中，所述混合溶液中铜盐的浓度为0.05～0.2mol/L，酸的浓度为0.05～0.2mol/L。