[发明专利]一种用于高效电还原二氧化碳合成多碳产物的铜钐双相催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于高效电还原二氧化碳合成多碳产物的铜钐双相催化剂及其制备方法。所述钐双相催化剂为氧化铜和铜钐氧化物的复合材料，铜钐氧化物为铜钐摩尔比为1或0.5的氧化物或二者的混合物；铜钐双相催化剂中，铜与钐的摩尔比不大于39。本发明铜钐双相催化剂能够用于电催化二氧化碳还原制备多碳产物，其中，所述铜钐双相催化剂作为阴极材料，能够促进碳碳耦联，提高多碳产物的选择性。本发明设计铜钐双相催化材料，通过引入第二金属钐，调节催化剂中金属与金属，金属与载体以及金属与反应中间体的相互作用，从而提高反应活性及目标产物选择性。

技术领域

本发明涉及一种用于高效电还原二氧化碳合成多碳产物的铜钐双相催化剂及其制备方法，属于电化学催化领域。

背景技术

电化学二氧化碳还原可以有效地利用可再生的能源将二氧化碳转化为具有高附加值的化学品，有助于缓解全球变暖的压力和不可再生能源的短缺，并且由于其绿色可持续发展性而受到人们的广泛关注。利用二氧化碳的电化学催化从而应对不可再生能源的转化再生，成为解决当前能源和资源短缺的解决方法之一。然而，在二氧化碳的转化过程中，始终面临着转化效率低，选择性差等问题，这极大地限制着二氧化碳价值的提升和选择性转化能力的提高。

在二氧化碳还原生成的各种产品中，碳碳耦合和加氢途径是二氧化碳价值提升的重要途径，然而，由于氢离子还原到氢气的反应经常发生在二氧化碳还原所需要的点位附近，使得这两个反应经常共存并产生竞争，难以控制，导致复杂产物和生产价值的受损。因此，设计合适的催化剂控制反应途径成为人们期待的解决方法之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高效电还原二氧化碳合成多碳产物的铜钐双相催化剂，其中氧化铜和铜钐氧化物均匀分布，表现出较高的活性和优越的性能。

本发明提供的铜钐双相催化剂为氧化铜和铜钐氧化物的复合材料；

其中，所述铜钐氧化物为铜钐摩尔比为1或0.5的氧化物或二者的混合物；优选铜钐摩尔比为0.5的氧化物。

所述铜钐双相催化剂中，铜与钐的摩尔比不大于39，优选1.5、2、4、9、19和39中任意值或其中的任意两个值组成的范围值，更优选2～19、4～19、9～19或9。

铜、钐和氧在所述铜钐双相催化剂中均匀分布。

本发明进一步提供了所述铜钐双相催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、配制硝酸铜和硝酸钐的水溶液；

其中，优选三水硝酸铜、六水硝酸钐；

S2、配制碳酸铵和氢氧化钾的水溶液，组为沉淀剂溶液；

所述碳酸铵与所述氢氧化钾的摩尔比为1～2.33；

S3、将所述沉淀剂溶液加入至步骤S1中所述水溶液中，经沉淀得到固体混合物，离心、洗涤后研磨得到粉末；

可采用水和乙醇进行洗涤；

S4、将所述粉末依次在流动空气和氢气/氩气气氛中焙烧；

S5、将经步骤S4处理的粉末在静态空气中进行煅烧即得。

上述的制备方法中，步骤S3之前，将步骤S1中所述水溶液搅拌20～40min后预热至50～70℃；

步骤S3中，将所述沉淀剂溶液滴加至所述水溶液中，搅拌后升温至75～85℃保持2～4h。

上述的制备方法中，步骤S4中，在所述流动空气中焙烧的条件如下：

温度为300～400℃，升温速率为5℃/min，2～4h；

在所述氢气/氩气气氛中焙烧的条件如下：