[发明专利]一种铜基复合薄膜催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铜基复合薄膜催化剂，包括具有微孔的薄膜衬底、设置于所述薄膜衬底上的铜膜、设置于所述铜膜上的酞菁钴类化合物薄膜与设置于酞菁类化合物薄膜上的炭材料层。与现有技术相比，本发明在铜膜上引入酞菁钴类化合物与炭材料，使得的铜基复合薄膜催化剂具有疏水性，提高了其在电催化二氧化碳还原制备乙烯反应中的电流密度和法拉第效率，进而提高了催化剂的反应活性与选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种铜基复合薄膜催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

化石燃料的过度燃烧排放出大量的二氧化碳，进一步导致了能源短缺和环境危机。为了缓解日益增长的能源需求和日益脆弱的环境状况，研究人员开发了一系列手段，如化学转化、光还原、生物转化和电还原等将二氧化碳转化为有用的化学品和原料。在这些转化过程中，在常压和室温下进行的二氧化碳电还原是促进二氧化碳利用和全球碳再循环的有前途的方法之一。

在二氧化碳电还原过程中，迄今为止已经报道了多种含碳产物，包括一氧化碳、甲酸盐、甲烷、乙烯、丙烯、乙醇和乙酸盐等。其中，多碳产物(C₂₊)由于其独特的分子结构和较高的燃烧热已被广泛用作工业制造和液体燃料的关键原料。因此，构建高效的多碳产物电催化剂对二氧化碳电还原具有重要意义。

铜基催化剂由于其独特的化学组成和电子结构，被认为是生产多碳产物最有效的催化剂。过去十年，科学家们通过构建活性相和装配复合物等手段来开发各种生产多碳产物的有效铜基催化剂。目前已经开发了铜锌双金属、铜银双金属、金-铜双金属以及铜化合物等复合催化剂。然而，这些催化剂受限于繁琐的制备工艺和较低的多碳产物选择性。因此，探究造价低廉且具备高活性的铜基复合催化剂具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有较高选择性和催化活性的铜基复合薄膜催化剂、其制备方法及应用。

本发明提供了一种铜基复合薄膜催化剂，包括具有微孔的薄膜衬底、设置于所述薄膜衬底上的铜膜、设置于所述铜膜上的酞菁钴类化合物薄膜与设置于酞菁类化合物薄膜上的炭材料层。

优选的，所述薄膜衬底的微孔的平均直径为1～2μm。

优选的，所述铜膜的厚度为400～800nm。

优选的，所述铜基复合薄膜催化剂中酞菁钴类化合物的负载量为0.05～0.1mg/cm²。

优选的，所述铜基复合薄膜催化剂中炭材料的负载量为0.05～0.2mg/cm²。

优选的，所述酞菁钴类化合物薄膜为酞菁钴薄膜；所述炭材料层为炭黑层。

本发明还提供了一种铜基复合薄膜催化剂的制备方法，包括：

S1)在具有微孔的薄膜衬底上通过磁控溅射得到复合有铜膜的薄膜衬底；

S2)在所述复合有铜膜的薄膜衬底上依次喷涂酞菁钴类化合物与炭材料，得到铜基复合薄膜催化剂。

优选的，所述磁控溅射的电流为40～80毫安；所述磁控溅射的时间为50～80min。

优选的，所述磁控溅射时氩气的压力为2×10^-3～3×10^-3毫巴。

本发明还提供了上述的铜基复合薄膜催化剂在电催化二氧化碳还原反应中的应用。

本发明提供了一种铜基复合薄膜催化剂，包括具有微孔的薄膜衬底、设置于所述薄膜衬底上的铜膜、设置于所述铜膜上的酞菁钴类化合物薄膜与设置于酞菁类化合物薄膜上的炭材料层。与现有技术相比，本发明在铜膜上引入酞菁钴类化合物与炭材料，使得的铜基复合薄膜催化剂具有疏水性，提高了其在电催化二氧化碳还原制备乙烯反应中的电流密度和法拉第效率，进而提高了催化剂的反应活性与选择性。