[发明专利]基于超粒子制备乙烯的方法

说明书

本发明提供了一种基于超粒子制备乙烯的方法，包括以下步骤：将氧化亚铜超粒子采用恒电位法电催化二氧化碳，得到乙烯。本申请还提供了一种基于超粒子制备乙烯的方法，包括以下步骤：将氧化亚铜(Cu₂O)超粒子进行预还原，得到预还原Cu₂O超粒子；将所述预还原Cu₂O超粒子采用恒电位法电催化二氧化碳，得到乙烯。本申请利用氧化亚铜超粒子在电催化二氧化碳还原反应中具有很高的乙烯选择性，该方法具有反应条件温和、催化剂廉价易制备、乙烯选择性高等特点。

技术领域

本发明涉及催化、电化学和碳资源转化技术领域，尤其涉及基于超粒子制备乙烯的方法。

背景技术

现今，能源短缺与环境污染是人类社会实现可持续发展必须解决的两大问题。化石能源是当今世界的主要能量来源，但是化石能源又是不可再生的，它的不断燃烧不仅会带来能源短缺问题，还导致了二氧化碳的过度排放。目前，大气中的二氧化碳浓度已经超过了350ppm的安全限制，预测本世纪末将会逼近600ppm。大气中二氧化碳浓度过高被认为是诸多环境问题的诱因，如全球变暖和海水酸化等。所以，减少对化石能源的过度依赖和降低大气中的二氧化碳浓度对人类社会的可持续发展来说极为迫切。

将大气中过多的二氧化碳转换为一氧化碳、甲醇、乙烯和乙醇等附加值高的产物不仅可以减少二氧化碳的排放，还可以缓解对化石能源的依赖。与传统的二氧化碳加氢相比，电催化二氧化碳还原在温和条件下进行，不需要高温高压，并且可以使用可再生能源产生的电力驱动，被认为是一种非常有前景的二氧化碳转化方式。根据以往的研究，众多金属对二氧化碳还原均具有电催化活性。银、金等金属主要产生一氧化碳，铅、铟、铋等金属主要产生甲酸。只有铜能够将二氧化碳电催化转化成可观量的价值更高的乙烯、乙醇、丙醇等多碳产物。目前，运用电催化方法已经实现了一氧化碳和甲酸的高选择性(法拉第效率大于90％)，高电流密度(100mA/cm²)和较长运行稳定性(100h)的制备。而对于乙烯、乙醇等多碳产物，仍存在着选择性低、稳定性差等问题，目前报道的大多数铜电催化剂乙烯法拉第效率小于50％，多碳产物总法拉第效率小于70％。开发铜基电催化剂来实现二氧化碳高选择性转化为多碳产物已引起了全球科学家的关注。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种基于超粒子制备乙烯的方法，该方法具有较高的乙烯选择性。

有鉴于此，本申请提供了一种基于超粒子制备乙烯的方法，包括以下步骤：

将氧化亚铜超粒子采用恒电位法电催化二氧化碳，得到乙烯。

本申请还提供了一种基于超粒子制备乙烯的方法，包括以下步骤：

将氧化亚铜超粒子、炭黑、Nafion溶液和溶剂混合，得到催化剂墨水；

将所述催化剂墨水涂敷于初始电极表面并干燥，得到电极；

将所述电极置于电解池中进行预还原，得到预还原Cu₂O超粒子；

将所述预还原Cu₂O超粒子采用恒电位法电催化二氧化碳，得到乙烯。

优选的，所述氧化亚铜超粒子由1～20nm的氧化亚铜组装单元自组装而成，所述氧化亚铜超粒子的尺寸为50～1000nm。

优选的，所述恒电位法的电解液为二氧化碳饱和的电解液溶液，恒电位为-0.1～-3V。

优选的，所述氧化亚铜超粒子与所述炭黑的质量比为(0.1～10)：1，所述Nafion溶液的质量分数为0.1～10wt％。

优选的，所述溶剂选自低沸点溶剂，具体选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正己烷和乙腈中的一种或多种，所述溶剂和所述Nafion溶液的体积比为(10～100)：1。