[发明专利]一种CuO纳米片及其自上而下的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种CuO纳米片及其制备方法与应用。采用自上而下法制备CuO纳米片，即将较大尺寸的铜材料通过超声刻蚀等技术来制备纳米结构的CuO，具体操作方法包括：将铜原料经除油、酸洗、水洗后，加入过硫酸铵和氢氧化钠的混合溶液中，超声，过滤，将滤液离心分离，取沉淀，洗涤，干燥得到前驱体；将前驱体研磨成粉，升温进行焙烧处理，得到CuO纳米片。本发明提供的制备方法工艺简单，成本较低，所得产物形貌均一，可重复性好，并且具有较高的电催化性能。将所述的CuO纳米片作为催化剂电催化还原二氧化碳，以可逆氢电极为标准，在‑0.97伏特下还原得到C₂₊产物的法拉第效率超过60％，表现出CuO电催化剂在二氧化碳还原中的高C₂₊产物选择性。

技术领域

本发明属于纳米技术领域和电催化领域，具体涉及一种CuO纳米片及其自上而下的制备方法与应用。

背景技术

目前，随着石油、天然气等化石燃料的大规模开采使用，能源危机和环境污染两大全球问题日益严重。大气中过量二氧化碳的排放，造成了一系列全球问题，如温室效应、海平面上升、土地干旱等。面临众多能源环境问题，如果能将二氧化碳转化成人们所需要的生活资源，这将是一个有效的解决途径。电催化二氧化碳还原技术作为一种新型的能源转换技术可以利用由可再生能源转化而来的电能将二氧化碳转换成乙烯、乙醇、丙醇等高价值燃料，实现二氧化碳的循环利用，近年来引起了广泛的关注（Seh, Z. W. et al.Combining theory and experiment in electrocatalysis: Insights into materialsdesign. Science 355, 1-12(2017).）。

围绕电催化二氧化碳还原技术实际化应用这一目标，新型铜电催化剂的设计与开发都得到了大量的研究，然而，一方面，利用CO₂RR将二氧化碳选择性转化为乙烯、乙醇等高能量密度C₂₊产物的转化率相对较低；另一方面，传统纳米铜基催化剂的制备方法复杂，产量小，不利于大规模制备，因此如何提高铜催化剂的活性与选择性及产率仍是面临着巨大挑战（Zhang, L., Zhao, Z.-J. Gong, J. Nanostructured Materials forHeterogeneous Electrocatalytic CO₂Reduction and their Related ReactionMechanisms. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 11326-11353(2017).）。因此，基于以上讨论，探索出一种可大量制备出高选择性、高催化活性铜基催化剂的方法，将是推动实现二氧化碳资源化的主要目标。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在制备方法复杂、产量小等问题，提出了一种自上而下法制备CuO纳米片的方法及其应用。本发明提供的CuO纳米片能应用于电化学还原反应的催化剂，且所述催化剂其催化活性高、稳定性好。

本发明采用自上而下法纳米材料制备技术大量制备铜基催化剂是一种简单有效的制备技术。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种CuO纳米片自上而下的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜原料经除油、酸洗、水洗后，加入过硫酸铵和氢氧化钠的混合溶液中，超声处理，过滤取滤液，将所述滤液离心取沉淀，多次离心洗涤后，干燥得到前驱体；

（2）将步骤（1）所述前驱体研磨成粉，然后升温进行焙烧处理，得到所述CuO纳米片。

进一步地，步骤（1）所述铜原料为铜箔、铜管、铜粉及泡沫铜等材料中的一种。

进一步地，步骤（1）所述除油处理包括：将铜原料浸泡在丙酮溶液中进行超声处理，超声处理的时间为0.1h-5h，超声处理的超声频率为20kHZ-40kHZ。