[发明专利]一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用。制备方法为：将泡沫铜倾斜置于含硒源、碱源、还原剂和碱金属盐的混合溶液中，于反应釜中进行水热反应，制备得到。本发明将Ksupgt;+/supgt;离子掺杂进入Cusubgt;2/subgt;Se纳米片后能够有效调节原子之间的电子迁移，K转移电子给Se产生富电子的Se位点，对线式supgt;*/supgt;CO(supgt;*/supgt;COsubgt;L/subgt;)和桥式supgt;*/supgt;CO(supgt;*/supgt;COsubgt;B/subgt;)中间体有较强的吸附作用，促进C‑C偶联形成supgt;*/supgt;COCHO中间体，显著提高电催化二氧化碳还原(COsubgt;2/subgt;ER)成乙醇的催化活性。同时掺杂Ksupgt;+/supgt;离子能够增加催化剂的电化学活性面积，暴露更多的催化活性位点。此外，掺杂Ksupgt;+/supgt;离子提高了催化剂的导电性，增加了界面电荷的转移速率。

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法及电催化交叉应用领域，具体涉及一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用。

背景技术

电催化二氧化碳还原为减少温室气体排放提供了一种可持续的途径。在CO₂电还原产物中C₂₊产物因其比C₁产物具有更高的能量密度和更高的价值而备受关注。乙醇作为CO₂电还原的液体C₂产物，储存和运输方便，被广泛用作溶剂、有机化学品和消毒剂生产的原料。然而，由于C-C耦合的困难以及乙醇产生与其它C₂₊产物的竞争，目前能高活性和选择性电催化CO₂还原获得乙醇产物的催化剂仍然很少。因此，开发高活性、选择性和稳定性的CO₂电还原催化剂选择性驱动C-C耦合形成乙醇非常关键。

众所周知，铜是唯一能产生C₂₊产物的单金属催化剂。然而，金属铜的过电位高，产物种类多，C₂₊产物选择性低。此外，铜基材料对于析氢反应(HER)具有较低的能垒和较高的反应动力学，而C₂₊产物一般在更负的电位范围内产生，这将不可避免地导致较多析氢副反应的发生。铜硫属化合物不同的纳米结构已经应用于CO₂电还原中，组成中的S或Se元素可以提高催化活性，但大多限于C₁产物。

现有技术中硒化亚铜(Cu₂Se)催化剂制备方法较复杂，制备成本较高且用于电催化二氧化碳还原反应活性低、选择性差和稳定性差等问题依然限制电催化二氧化碳还原的发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料及其制备方法，通过一步液相反应制备出以泡沫铜为导电基底的K掺杂Cu₂Se纳米片阵列结构材料。

本发明还有一个目的在于提供一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的应用，用于电催化CO₂还原反应。本发明制备的材料，Cu₂Se纳米片暴露的(220)晶面有利于^*CO中间体的吸附。K⁺离子掺杂进入Cu₂Se晶格中可以更好地保护Cu⁺物种，同时增强了^*CO中间体的结合强度，有利于后续C-C耦合，加快了电催化CO₂向乙醇的转化，提高催化剂电催化CO₂还原成乙醇的活性、选择性和稳定性。

本发明具体技术方案如下：

一种K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料的制备方法，具体为：

将泡沫铜倾斜置于含硒源、碱源、还原剂和钾盐的混合溶液中，于反应釜中进行水热反应，制备得到K掺杂硒化亚铜纳米片阵列结构材料。