[发明专利]一种两步电沉积法制备铜铟合金修饰CuInS2薄膜电极的方法

说明书

提供了一种采用两步电沉积法制备铜铟合金修饰CuInS₂薄膜电极的方法，属于催化剂领域。其特征在于，首先在CuInS₂薄膜上电沉积Cu₂O颗粒，然后再电沉积金属In颗粒；在电沉积In颗粒的过程中，Cu₂O颗粒还原为金属Cu颗粒；在光照的条件下，以铜铟合金修饰的CuInS₂薄膜为光阴极进行CO₂光电催化反应，可将CO₂还原为乙醇。

技术领域

本发明提供了一种采用两步电沉积法制备铜铟合金修饰CuInS₂薄膜电极的方法，属于催化剂领域。

背景技术

全球经济的飞速发展消耗了大量的化石能源，产生了大量的CO₂气体，导致了严重的全球变暖问题。CO₂减排已经受到世界各国的共同关注。

在CO₂气体减排的众多途径中，CO₂直接还原为有用的化学品，是最有前途的一条途径。利用太阳能将CO₂直接催化还原为太阳能燃料乙醇，有助于形成CO₂的闭合循环、抑制全球变暖；同时，乙醇可以直接用作燃料和化工原料，且具有较高的能量密度，因而CO₂还原为乙醇具有更重要的意义。

在金属Cu电极表面，CO₂电催化还原为乙醇的过电位很高（0.9V以上），生成乙醇的法拉第效率很低（不足10%），析氢反应非常明显。在Cu₂O电极表面，CO₂可被电催化还原为乙醇、甲酸、甲醇等产物，其中乙醇是主要产物。但是，Cu₂O电极很不稳定，反应过程中很快被还原单质Cu。有研究指出，由氧化物还原得到的金属电极，由于活性位点的电子效应和几何效应，所以催化活性和选择性都明显提高。

在电催化剂表面引入杂原子也可以改变活性位点的电子结构和几何结构，从而提高电催化剂的活性和选择性。Takanabe教授课题组采用氧化物电还原的方法制备了Cu-In合金，由于In取代了部分低配位的Cu原子，而In表面析氢过电位很高，所以Cu-In合金表面析氢反应受到明显抑制；由于表面存在低配位的Cu原子，能够促进CO₂的活化，所以Cu-In合金电催化剂降低了CO₂还原过电位。

发明内容

本发明提供了一种采用两步电沉积法制备铜铟合金修饰CuInS₂薄膜电极的方法，属于催化剂领域。

本方法通过如下技术方案实现：

采用两步电沉积法制备铜铟合金修饰CuInS₂薄膜电极的方法，首先在CuInS₂薄膜上电沉积Cu₂O颗粒，然后再电沉积金属In颗粒；在电沉积In颗粒的过程中，Cu₂O颗粒还原为金属Cu颗粒；在光照的条件下，以铜铟合金修饰的CuInS₂薄膜为光阴极进行CO₂光电催化反应，将CO₂还原为乙醇。

两步电沉积法沉积铜铟合金修饰CuInS₂薄膜电极时，先沉积Cu₂O，将铜盐、乳酸溶液混合制成电沉积溶液，其中铜盐可以选择氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或多种。铜盐浓度为0.2～1M，乳酸浓度为0.1～0.4M，用氢氧化钠调节沉积溶液的pH值为9～12，沉积电位相对于饱和甘汞电极为-0.6～-0.9V，电沉积时间为2～60s，得到Cu2O。第二步沉积铟，将铟盐、柠檬酸钠、柠檬酸溶液混合制成电沉积溶液，其中铟盐可以选择氯化铟、硫酸铟、硝酸铟中的一种或多种，铟盐浓度为5～50mM，调节沉积溶液的pH值为2～4，沉积电位相对于饱和甘汞电极为-1.0～-1.5V，沉积时间为2～60s，制备得到铜铟合金修饰的CuInS₂薄膜复合电极。