[发明专利]一种疏松多孔氧化亚铜材料的制备方法及氧化亚铜在电催化还原二氧化碳中的应用

说明书

本发明公开了一种疏松多孔氧化亚铜材料的制备方法以及氧化亚铜在电催化还原二氧化碳中的应用。本发明制备方法主要以稀酸和乙醇清洗后的碘化亚铜粉末为原料，在碘化钾或碘化钠溶液中配制获得络合液，然后按配比向强碱溶液中加入一定量该络合液得到沉淀产物，最后用超纯水和丙酮离心清洗多次并用氮气吹干后获得疏松多孔的氧化亚铜材料。本发明通过简单快速、安全可控的碱性水解方法合成出表面干净的疏松多孔氧化亚铜材料，增大材料的比表面积提高催化活性，借助残余氧降低中间产物耦合反应的活化势垒，大大促进对多碳产物的反应活性，其电催化还原二氧化碳为乙烯、乙醇和正丙醇等多碳产物的总法拉第效率提高至80％以上的水平。

技术领域

本发明属于能源转换与储存应用领域，特别涉及一种疏松多孔氧化亚铜材料的制备方法及氧化亚铜在电催化还原二氧化碳中的应用。

背景技术

自工业革命以来，诸如煤炭、石油和天然气这类的化石燃料被大量开发，作为维持经济和社会发展的主要能源被广泛使用。近年来，随着人口的急剧增长以及经济的迅猛发展，全球能源需求与日俱增，传统的有限不可再生的化石燃料已现匮乏。为解决能源危机，诸如风能、潮汐能和太阳能这类的可再生能源变为大家的热捧对象。同时，由于之前化石燃料的过度消耗，大气中的二氧化碳(CO₂)浓度逐年积累，2018年1月研究数据显示，现如今二氧化碳浓度已达到407.54ppm，远高于大气中二氧化碳350ppm的安全上限。由此也带来了一系列的环境问题，如全球变暖、海洋酸化等等。在这样的能源危机和环境问题的大背景下，利用可再生能源将二氧化碳转化为能量密度更高的有用的燃料分子成为最近几年热门的研究主题。其中，相较光催化还原二氧化碳，电催化还原二氧化碳因为其更高的可控性、催化活性和稳定性被大量研究报道。

在电催化还原二氧化碳中，多种金属(例如Cu、Au、Ag、Zn、Sn和Pb)、过渡金属氧硫族化合物(例如Cu₂O、Cu₂S、SnO₂和MoS₂)、有机金属框架材料(例如Co-MOF和Cu-MOF)、无机碳类材料(例如碳量子点(CQD)和碳纳米管(CNT))被用作二氧化碳电还原的催化剂。对于电催化的产物，Au、Ag、Zn和Co类以及无机碳催化剂主要产一氧化碳(CO)，Sn、Pb和In类催化剂多产甲酸(HCOOH)，而铜基催化剂(Cu、Cu合金、Cu₂O、Cu₂S、Cu-MOF等)，则可以将二氧化碳转化为能量密度更高的烷烃类或醇类产物，例如甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)、乙烷(C₂H₆)、乙醇(C₂H₅OH)和正丙醇(C₃H₇OH)等。研究发现，相比纯铜催化剂或者其他有机铜金属催化剂，氧化亚铜催化剂会表现出更好的多碳产物(产物的含碳个数≥2，简写为C₂₊产物)催化性能，获得更高的FE(C₂₊)，即更好的多碳产物法拉第转换效率。