[发明专利]一种用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂，其特征为该催化剂的为负载型双金属铜基催化剂；催化剂的载体为碳材料或金属材料，活性物质为金铜异质结；负载量为20％～60％；金和铜的摩尔比为1～10：1～10；

所述的碳材料为炭黑、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、乙炔黑或碳纳米管；金属材料为泡沫镍片、泡沫铜片或多孔钛片；

所述的金铜二元异质结，其形状为哑铃型、糖葫芦型和花型的一种或多种，由金纳米颗粒与铜纳米颗粒串联形成，即金铜界面处的原子排列为金原子与铜原子之间的交叉排列；

所述的用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：按照每20～80mg可溶性铜盐溶于25～80mL水中的配比，得到前驱体溶液A；按照每20～80mg氯金酸溶于25～80mL水中的配比，得到前驱体溶液B；所述的可溶性铜盐具体为氯化铜或硝酸铜；

步骤2：在搅拌状态下，每25～80mL前驱体溶液A中滴加50～300μL PDDA，得到溶液C；

在搅拌状态下，每25～80mL前驱体溶液B滴加50～800μL的0.05～0.5M柠檬酸钠溶液，形成溶液D；

每5～20mL冰水中加入5～100mg硼氢化钠，形成溶液E；

每5～20mL冰水中加入5～50mg硼氢化钠，形成溶液F；

步骤3：在Ar气氛和冰浴搅拌的条件下，每5～20mL的溶液E滴加到25～80mL溶液C中，搅拌1～5h形成溶液G；

每5～20mL溶液F滴加到每25～80mL溶液D中，搅拌1～5h形成溶液H；

步骤4：将步骤3中的溶液G滴加到步骤3中的溶液H中，搅拌1～5h得到溶液I；体积比为溶液G：溶液H＝30～100：30～100；

步骤5：为以下两种方式之一：

当载体为碳材料时，称取载体超声分散于异丙醇和去离子水的等体积混合溶液中，形成溶液J；每1～4mL的混合溶液加入1～6mg的载体；

或者，当载体为金属材料时，将载体浸没于异丙醇和去离子水的等体积混合溶液中，形成溶液J；

步骤6：在搅拌状态下将步骤5中的溶液J滴加于步骤4中的溶液I中，形成溶液K；体积比为溶液J：溶液I＝20～80：30～200；

步骤7：将溶液K用去离子水抽滤洗涤后，干燥后得到负载有金铜二元异质结的催化剂，即铜基催化剂。

2.如权利要求1所述的用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂，其特征为制备方法步骤7中的干燥为在真空干燥箱内60～100℃干燥过夜。

3.如权利要求1所述的方法制备的高性能铜基催化剂的应用，其特征为用于电催化还原二氧化碳生成乙醇。

4.如权利要求3所述的方法制备的用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂的应用，其特征为包括如下步骤：

在被阴离子交换膜分隔为阴极槽和阳极槽的流动电解池中，以汞/氧化汞电极为参比电极、泡沫镍为对电极、所述的材料M为工作电极的三电极体系中进行恒电位电催化还原二氧化碳反应；

其中，所述恒电位的范围为-0.40V～-1.2V vs RHE；所述的材料M为载体是金属材料的铜基催化剂，或者，载体是碳材料的铜基催化剂涂覆碳纸；

所述电解液为KOH、KHCO₃、NaHCO₃或NaOH溶液，浓度为0.1～5M；二氧化碳气体流速为15～30sccm/50mL。

5.如权利要求4所述的方法制备的用于电催化还原二氧化碳制乙醇的铜基催化剂的应用，其特征为所述的铜基催化剂涂覆碳纸的制备方法，包括如下步骤：

向铜基催化剂浓度为1～10mg/mL的分散液中加入Nafion溶液，随后将催化剂分散液喷涂于的碳纸上，室温干燥后得到工作电极；

其中，每cm²碳纸喷涂50～200μL催化剂分散液；分散液的溶剂为异丙醇；Nafion溶液与分散液的体积配比为1：10～100；Nafion溶液的浓度为1wt％～10wt％。