[发明专利]一种铜铋双金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜铋双金属催化剂及其制备方法和应用。本发明的铜铋双金属催化剂包括铜基底和生长在所述铜基底上的铜铋纳米线，铜铋纳米线包括铜纳米线和负载在铜纳米线的金属铋层，且铜铋纳米线中的铋的质量分数为40％～60％，该催化剂的制备方法包括以下步骤：在铜基底上原位生长氢氧化铜纳米线后，再经热处理、电化学还原处理、沉积铋，制得铜铋双金属催化剂。同时，本发明的铜铋双金属催化剂不仅能够充分利用铜和铋双金属效应，有效改善电催化还原二氧化碳的活性、稳定性和选择性，而且具有制备简单且可控、应用电位窗口大、应用环境广的优势。

技术领域

本发明涉及催化剂材料的技术领域，具体涉及一种铜铋双金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的发展和社会活动的增长，二氧化碳温室气体的排放对环境的影响需要引起人们的重视。

电化学还原二氧化碳技术，是通过利用可再生能源将二氧化碳气体转化为高附加值的燃料和化学品(例如，甲酸)。它既有效地降低了大气中的二氧化碳浓度，又解决了可再生能源长期存储的问题。而电化学还原二氧化碳技术中比较关键的是电催化剂的研究。因此，用于电化学还原CO₂制甲酸的催化剂具有重要的研究意义。

目前，现有技术表明铜金属可以在较高的电流密度下将二氧化碳电化学还原成碳氢化合物，但纯铜材料对于电催化二氧化碳还原为甲酸的选择性较差，且具有超高的过电势，阻碍了实际的应用。而且，虽然相关技术人员为了提高铜金属的电催化还原二氧化碳的活性，通过掺杂或引入其他金属来提高其催化活性，但是仍然难以克服催化剂二氧化碳单程转换效率低、应用电位窗口窄、适用环境少，在酸性环境下电催化还原二氧化碳的催化性能差等问题。

因此，亟需开发一种二氧化碳还原的电催化活性好、稳定性好、电位窗口宽、适用环境多，且能在酸性环境中保持较高的二氧化碳转化效率的催化剂。

发明内容

为了克服现有技术存在电催化剂存在应用范围窄、稳定性差、二氧化碳转化效率低、对甲酸盐选择性低等问题，本发明的目的在于提供一种铜铋双金属催化剂及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种铜铋双金属催化剂包括铜基和生长在所述铜基底上的铜铋纳米线，所述铜铋纳米线包括铜纳米线和负载在所述铜纳米线的金属铋层。

优选的，所述铜基为铜片、泡沫铜、铜板、铜棒中的一种。

进一步优选的，所述铜基为泡沫铜。

优选的，所述铜铋纳米线中的铋的质量分数为40％～60％。

进一步优选的，所述铜铋纳米线中的铋的质量分数为50％～55％。

优选的，所述铜铋纳米线的长度为微米级别。

进一步优选的，所述铜铋纳米线的长度为2μm～10μm。

优选的，所述铜铋纳米线的直径为210nm～600nm。

进一步优选的，所述铜铋纳米线的直径为220nm～450nm。

优选的，所述铜纳米线的直径为200nm～300nm。

优选的，所述金属铋层包括若干铋纳米颗粒。

优选的，所述铋纳米颗粒的粒径为10～20nm。

第二方面，本发明提供第一方面所述铜铋双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

在铜基底上原位生长氢氧化铜纳米线后，再经热处理、电化学还原处理、沉积铋，制得铜铋双金属催化剂。