改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用技术

本发明专利技术提供了一种改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用，涉及催化还原二氧化碳技术领域。该改性铜片的制备方法通过将预处理后的铜片先进行电抛光后再进行氧化处理，将得到的氧化铜片进行紫外光还原处理，得到改性铜片；该制备方法可实现对铜片的表面改性，经过上述方法制得的改性铜片具有均匀分布的相互交叉的纳米片状结构，与初始铜片的光滑结构相比，增加了许多活跃的不饱和位点，当将该改性铜片应用于电催化还原CO2反应时，可为CO2和中间产物的吸附和反应提供了很好的场所，并使得反应的比表面积极大地增加，更大程度的暴露了活性位点，有利于电催化还原CO2反应的进行。反应的进行。反应的进行。

【技术实现步骤摘要】
改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用


[0001]本专利技术涉及催化还原二氧化碳
，尤其是涉及一种改性铜片及其制备方法、用于电催化还原二氧化碳的催化电极及其应用。

技术介绍

[0002]电催化还原CO2作为一种高效便捷转化CO2的途径，近年来发展势头强劲，引起了广泛关注。电催化还原CO2的产物丰富，有一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、甲酸(HCOOH)和乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)等。C1产物如一氧化碳、甲烷、甲酸，因其还原过程所需电子数较少，反应路径短，较为容易实现，法拉第效率均以达到90％以上，甚至接近100％。而C2产物的生成要在C1中间产品的基础上继续加氢，反应路径长，中间产物复杂，多电子过程往往也需要更高的过电势，故C2产物的法拉第效率差强人意。与其他金属催化剂不同，铜有着独特的对于*CO的适中吸附，既不会过早脱附产生CO、CH4、HCOOH等C1产物，又不会因过强的吸附，使催化剂无法接触反应物而失活，其对*CO的适中吸附使得C
‑
C耦合更容易进行，因此铜生产C2产物有着其他金属催化剂无可比拟的优势。
[0003]直接将块状的多晶铜作为工作电极参与电催化还原CO2反应的性能表现较差，副产物氢气的产率过高，含碳产物也只有少量的C1产物如甲烷、一氧化碳。研究者们对于铜催化材料进行了一系列的改性，包括，控制其形貌结构、氧化处理、与其他材料复合等方法，其中将块状多晶铜表面进行改性，使其具有更优的形貌和结构，是一种简便的方案。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种改性铜片的制备方法，以改善现有技术中所存在的技术问题。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种改性铜片，采用上述制备方法制得。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供一种用于电催化还原CO2的催化电极，采用上述改性铜片制得。
[0008]本专利技术的第四目的在于提供上述改性铜片或用于电催化还原CO2的催化电极的应用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0010]本专利技术提供了一种改性铜片的制备方法，包括以下步骤：
[0011](a)将预处理后的铜片进行电抛光，得到抛光铜片；
[0012](b)将抛光铜片进行氧化处理，得到氧化铜片；
[0013](c)将氧化铜片置于还原液中并采用紫外光照射，得到改性铜片。
[0014]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，预处理步骤包括：
[0015]将初始铜片分别在丙酮、乙醇和水中进行超声处理，然后置于酸溶液浸泡，分离，
得到预处理后的铜片。
[0016]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，以预处理后的铜片作为工作电极、铂片作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极，在以磷酸为电解液的三电极体系中进行电抛光；
[0017]优选的，电抛光过程中采取恒电位电解，电压为2
‑
10V；
[0018]优选的，电抛光的时间为50
‑
300s。
[0019]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，氧化处理所采用的氧化液包括以下原料：盐酸、双氧水和水；
[0020]优选的，所述盐酸的浓度为1
‑
10mol/L；
[0021]优选的，所述双氧水的浓度为20
‑
35％；
[0022]优选的，所述盐酸、双氧水和水的体积比为(1
‑
10)：(20
‑
35)：100；
[0023]优选的，所述氧化处理的时间为5
‑
15min。
[0024]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，所述还原液包括以下原料：双氧水、无水乙醇和水。
[0025]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述双氧水的浓度为20
‑
35％；
[0026]优选的，所述双氧水、C1
‑
C4低碳醇和水的质量比为(1
‑
10)：(20
‑
35)：100；
[0027]优选的，所述C1
‑
C4低碳醇包括甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0028]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，紫外光照射所采用的光源功率为300
‑
600W；
[0029]优选的，紫外光照射的时间为5
‑
15min。
[0030]本专利技术还提供了一种改性铜片，采用上述的改性铜片的制备方法制得。
[0031]本专利技术还提供了一种用于电催化还原CO2的催化电极，采用上述改性铜片制得。
[0032]本专利技术还提供了上述改性铜片或用于电催化还原CO2的催化电极在催化还原CO2领域中的应用。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下技术效果：
[0034](1)本专利技术提供了一种改性铜片的制备方法，通过将预处理后的铜片先进行电抛光后再进行氧化处理，将得到的氧化铜片进行紫外光还原处理，得到改性铜片；该制备方法可实现对铜片的表面改性，经过上述方法制得的铜片具有均匀分布的相互交叉的纳米片状结构，与初始铜片的光滑结构相比，增加了许多活跃的不饱和位点，当将该改性铜片应用于电催化还原CO2反应时，可为CO2和中间产物的吸附和反应提供了很好的场所，并使得反应的比表面积极大地增加，更大程度的暴露了活性位点，有利于电催化还原CO2反应的进行。
[0035](2)本专利技术还提供了一种改性铜片，通过上述制备方法制得。鉴于上述制备方法所具有的优势，使得该改性铜片具有均匀分布的相互交叉的纳米片状结构，为其应用于电催化还原CO2领域提供了良好的基础。
[0036](3)本专利技术还提供了一种用于电催化还原CO2的催化电极，采用上述改性铜片制得。鉴于上述改性铜片所具有的优势，使得其作为电催化还原CO2的催化电极使用，该电催化还原CO2的催化电极具有与改性铜片同样的优势。
[0037](4)本专利技术还提供了上述改性铜片或用于电催化还原CO2的催化电极在催化还原
CO2领域中的应用，鉴于上述改性铜片或用于电催化还原CO2的催化电极所具有的优势，使得其在催化还原CO2领域具有良好的应用。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2提供的改性铜片或未改性铜片的X射线衍射图；
[0040]图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性铜片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将预处理后的铜片进行电抛光，得到抛光铜片；(b)将抛光铜片进行氧化处理，得到氧化铜片；(c)将氧化铜片置于还原液中并采用紫外光照射，得到改性铜片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，预处理步骤包括：将初始铜片分别在丙酮、乙醇和水中进行超声处理，然后置于酸溶液浸泡，分离，得到预处理后的铜片。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，以预处理后的铜片作为工作电极、铂片作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极，在以磷酸为电解液的三电极体系中进行电抛光；优选的，电抛光过程中采取恒电位电解，电压为2
‑
10V；优选的，电抛光的时间为50
‑
300s。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，氧化处理所采用的氧化液包括以下原料：盐酸、双氧水和水；优选的，所述盐酸的浓度为1
‑
10mol/L；优选的，所述双氧水的浓度为20
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35％；优选的，所述盐酸、双氧水和水的体积比为(1
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10)：(20
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35)：100；优选的，所述氧化处理的时间为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：宁汇，鲁佩芳，焦振梅，胡涵，赵青山，吴文婷，李忠涛，吴明铂，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：