[发明专利]一种二氧化碳还原制乙烯的催化剂、电极及方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳还原制乙烯的催化剂、电极及方法，其催化剂中含有同时暴露{100}晶面和{111}晶面的氧化亚铜纳米颗粒。本发明经过实验发现，同时暴露{100}和{111}晶面的氧化亚铜电极相比于{111}晶面氧化亚铜电极和{100}晶面氧化亚铜电极具有更高的乙烯选择性和活性。研究表明，氧化亚铜电极更高的乙烯选择性和活性来自于{100}和{111}晶面之间的协同作用。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种二氧化碳还原制乙烯的催化剂、电极及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

化石燃料的燃烧导致环境中的二氧化碳含量逐年增加，而过量的二氧化碳是引起温室效应的重要因素之一。电化学还原二氧化碳是一种在降低温室气体二氧化碳含量的同时，有效产出高附加值化学品或燃料产品的新技术。但是目前的电化学还原二氧化碳领域存在产物选择性差、活性低的缺点。

目前，铜基催化剂是唯一被认为有潜力还原二氧化碳到多碳化合物(C2+)化学品或燃料的电催化剂。但是其C2+选择性只能达到20％左右。最近，研究人员通过调控铜纳米颗粒的尺寸、形貌和晶面已经能够将C2+的选择性提升到了40％左右。但是，此性能依然无法满足应用的需要。而本发明的发明人发现，尽管二氧化碳还原产C2+已经取得了一些进展，但是电催化剂的选择性和活性仍然有待提高。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种二氧化碳还原制乙烯的催化剂、电极及方法，采用该催化剂更高的选择性和活性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种二氧化碳还原制乙烯的催化剂，包括氧化亚铜纳米颗粒，所述氧化亚铜纳米颗粒同时暴露{100}晶面和{111}晶面。

本发明通过实验发现，当氧化亚铜同时暴露{100}和{111}晶面时，其作为二氧化碳还原制备乙烯的催化剂具有更高的选择性和活性。

另一方面，一种二氧化碳还原制乙烯的电极，电极表面附着活性层，所述活性层中含有上述催化剂。

第三方面，一种二氧化碳还原制乙烯的方法，利用电化学法将二氧化碳在上述电极制备乙烯。

经过实验发现，同时暴露{100}和{111}晶面的氧化亚铜电极相比于{111}晶面氧化亚铜电极和{100}晶面氧化亚铜电极具有更高的乙烯选择性和活性。研究表明，氧化亚铜电极更高的乙烯选择性和活性来自于{100}和{111}晶面之间的协同作用。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种含有同时暴露{100}和{111}晶面氧化亚铜的电极，采用该电极进行二氧化碳还原制备乙烯，具有更高的乙烯选择性和活性，其乙烯法拉第效率对可达70％，电流密度高于29mA cm^-2。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1～3制备的氧化亚铜纳米颗粒的扫描电镜图片，a、b为实施例1，c、d为实施例2，e、f为实施例3；

图2为本发明实施例1～3制备的氧化亚铜纳米颗粒的XRD谱图；

图3为本发明试验例1～3制备的电极在二氧化碳还原制备乙烯的性能测试对比图，a为乙烯法拉第效率对比图，b为乙烯电流密度对比图。

图4为本发明试验例1～3制备的电极在二氧化碳还原制备乙烯后的透射电镜图片。

具体实施方式