[发明专利]铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料及制备方法与应用

说明书

本发明属于纳米材料催化剂技术的电化学二氧化碳还原领域的铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料及制备方法与应用。本发明公开的一种铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料，以铜纳米线作为铜源和载体，形成以铜纳米线为核，以铜酞菁聚合物为壳的核壳结构。首先通过水热法合成铜纳米线，然后将铜纳米线置于微波反应器中，使铜纳米线表面的铜与氰基基团发生配位，以此为模板在铜纳米线表面形成二维交联网络的铜酞菁聚合物，从而形成了铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料，可以应用于电化学CO₂还原。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及电化学二氧化碳还原领域，特别是铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料及制备方法与应用。

背景技术

金属酞菁(MPcs)由一个大环配体框架和一个氧化态可调的金属中心组成，因其成本低廉、易获得、具有明确的活性位点和可调的结构等特性，引起了研究者的广泛关注。但是其本身的平面大环共轭结构，使得酞菁分子间具有很强的π-π相互作用，从而导致其容易聚集，出现导电性差的缺点，这将会极大降低催化剂的比表面积和电子传输能力，导致其催化性能降低。因此，提高酞菁分子的分散性和导电性对于增强其催化性能有极其重要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明采用的技术方案如下：

铜纳米线具有很高的表面积，快速的载流子迁移率和固有各向异性，是一种很好的导电载体，同时铜纳米线可以作为铜酞菁的铜源，将铜酞菁分子原位生长在铜纳米线表面能够有效地阻止酞菁聚合物聚集，增强导电性，进而提高其催化活性。

一种铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料，所述铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料以铜纳米线作为铜源和载体，形成以铜纳米线为核，以铜酞菁聚合物为壳的核壳结构。

进一步地，所述铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料的直径为100-500nm，长度为20-50μm；

进一步地，所述铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料的化学结构式如下：

一种铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料的制备方法，具体步骤为：将铜纳米线分散到有机溶剂中，向其中加入四氰基苯和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯，加热反应1，即得铜酞菁聚合物@铜纳米线核壳纳米材料。

进一步地，所述制备方法还包括对加热反应1后所得产物离心分离，用乙醇和丙酮清洗后真空干燥。

进一步地，所述铜纳米线、四氰基苯和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯的质量比为2.5：1：1；

优选地，所述有机溶剂选自戊醇、丁醇、己醇中的一种或几种。

进一步地，所述加热反应1的温度为160-200℃；

进一步地，所述加热反应1时间为10-60min。

进一步地，还包括铜纳米线的制备，具体步骤为：将铜盐溶液加入到氢氧化钠溶液中，得到混合溶液，向其中依次加入乙二胺、水合肼得到乳白色悬浊液，加热反应2后得到红色沉淀，即为铜纳米线。

进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.6-0.8g/mL；

进一步地，所述铜盐溶液的浓度为0.042g/mL；

进一步地，所述铜盐与乙二胺的质量体积比为0.42：2.5-3.5g/mL；

进一步地，所述铜盐与水合肼的质量体积比为0.42：0.2-0.4g/mL；

进一步地，优选地，所述铜盐选自氯化铜、硝酸铜、硫酸铜中的一种或几种；

进一步地，优选地，所述乙二胺的体积为2.5-3.5mL；