一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂及其制备方法和应用。负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂的制备方法为：在含乙二醇和无水乙醇的混合醇溶液中加入Ag(NO)3溶液，搅拌均匀后将铜基原位生长的Cu2O纳米线阵列浸润在该溶液中，在真空条件下进行PLASMA轰击，清洗后干燥得到灰色Ag@Cu2O纳米线阵列。本发明专利技术以PLASMA表面改性处理方法对铜基材料的表面进行改性，对电化学还原二氧化碳的产物选择性产生影响，与此同时，银的引入增加了高价值产物乙醇的生成，说明引入贵金属银与铜进行复合能够改变CO2还原反应中生成乙醇的路径，为二氧化碳催化剂的制备及应用提供了新的途径。新的途径。新的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及铜基技术催化剂领域，具体涉及一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催 化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为了缓解能源存储量急剧下降的趋势，对于能源节约和清洁能源的生产与使用也提出 了越来越高的要求，因此，如何在生产过程中降低生产成本、提高生产过程的友好环境以 及减少生产副产物的产生，成为了研究者们研究的主要内容，目前，如何将二氧化碳转化 为生活生产中值得使用的生产资料，是改善环境、降低化石燃料燃烧的可行性途径，而应 用于二氧化碳还原的方法也是多种多样，如光催化还原、电催化还原、高温催化还原等。 其中将二氧化碳重新利用并生成新产物的最快捷的方式之一是电化学还原，通过二氧化碳 的电化学还原以化学染料的形式储存能量，可能是使用化石染料的一种有吸引力的替代方 法，为了达到高能量密度，产物最好是碳氢化合物，碳氢化合物燃烧后产物更加绿色环保 无污染。
[0003]铜作为一种非贵金属材料，不仅在地球上来源广泛、储量丰富以及可回收利用，而且 在金属中也显示出较高的导电性、导热性以及材料形貌可控性。铜由于其具有多种价态， 使得其在催化反应中的反应类型的更加多元化。研究表明，只有金属铜及其氧化物才有助 于以较高的法拉第效率和合理的电流密度将二氧化碳电化学还原为碳氢化合物。由于铜自 身的特殊性质，成为了公认的一种高效电催化CO2催化剂，铜基电极催化的性能主要受到 材料表面形貌和组成的影响。铜可以直接将CO2转化为不同类型的产品，比如碳氢化合物 (如甲烷、乙烯等烷烃)、醇(如甲醇、乙醇等)、醛类等，比传统电催化二氧化碳还原 产物的CO和甲酸具有更高的价值，可以直接应用于基础能源的储备中。虽然铜基催化剂 具有很多优势，但其也有产物选择性不高，单一产物含量低的问题。而且其还原产物能够 有效生成的前提条件是需要大的过电位，这种情况下会导致铜电极的能量效率降低。因此 提高铜基催化剂主要面临的问题是如何提高能量效率、反应速率以及产物的选择性、法拉 第效率。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化 剂及其制备方法和应用。本专利技术以PLASMA表面轰击方式对铜基材料的表面进行改性， 对电化学还原二氧化碳的产物选择性产生影响，尤其是对C2产物产率有较大影响，与此 同时，银的引入增加了高价值产物乙醇的生成，说明引入贵金属银与铜进行结合能够改变 还原反应中生成乙醇的路径，为二氧化碳催化剂的制备及应用提供了新的途径。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂的制备方
法， 所述制备方法为：
[0007]在含乙二醇和无水乙醇的混合醇溶液中加入Ag(NO)3溶液，搅拌均匀后将Cu2O纳米 线阵列浸润在该溶液中，真空条件下进行PLASMA轰击，清洗后干燥得到灰色Ag@Cu2O 纳米线阵列。
[0008]优选的，所述乙二醇和无水乙醇的质量比为1：2；所述Ag(NO)3溶液的浓度为1mmoL； 所述Cu2O纳米线阵列为铜基原位生长的Cu2O纳米线阵列。
[0009]优选的，Ag(NO)3与乙二醇的质量比为17：333。
[0010]优选的，所述PLASMA轰击的激发频率为13.56MHz；所述PLASMA轰击的时间为 8～12min；所述真空条件为在真空下引入100uL空气。
[0011]优选的，所述PLASMA轰击的激发频率为13.6MHz；所述PLASMA轰击的时间为 10min。
[0012]本专利技术的第二方面，提供所述制备方法制备得到的负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列 催化剂。
[0013]本专利技术的第三方面，提供所述负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂在电催化二氧 化碳制备乙醇中的应用。
[0014]本专利技术的第四方面，提供利用负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂制备乙醇的方 法，所述方法为：
[0015]以负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂为工作电极、铂片为对电极、Ag/AgCl为 参比电极，在含有饱和CO2的电解液中，采用LSV法进行催化剂电解，扫速为5mV s
‑1， 恒电压为
‑
0.8～
‑
1.3V，电解过程中收集乙醇。
[0016]优选的，所述电解液为0.5M KHCO3溶液。
[0017]优选的，所述恒电压为
‑
1.1V。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1、本专利技术以铜基原位生长Cu2O纳米线为基体材料，铜基原位生长Cu2O纳米线长度 较长，在微观上延长了反应过程中二氧化碳还原的路径，与此同时，提供给电化学还原反 应更丰富的活性位点，孔隙的增加能将还原的中间产物稳定，促进C2产物的生成，减缓 副产物反应时间从而抑制H2的产生。
[0020]2、本专利技术通过真空等离子束将贵金属银负载在纳米线上，塑造了Ag颗粒包覆纳米线 的微观形貌，通过Cu、Ag的协同作用，在电化学还原二氧化碳的产物中，乙醇的选择性 有了较大的提升，Ag的引入与氧化亚铜共同抑制了H2、CH4的生成，增加了C2H5OH的 产量。
[0021]3.本专利技术通过等离子处理合成的Ag负载的Cu纳米阵列电催化还原材料，合成方法简 便易操作、制备时间较短产物较为纯净无污染且对乙醇有较高选择性，为还原CO2反应生 成乙醇这种液体燃料的合成提供了新的途径。本专利技术的催化剂材料制备成本低、高效便捷， 且制备乙醇选取原料为大气中富含的温室气体CO2，所以利用本专利技术的催化剂制备乙醇的 成本相对于传统化工法制备乙醇更低廉。
附图说明
[0022]图1：负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂的合成原理；
[0023]图2：Ag@Cu2O
‑
8(a)，Ag@Cu2O
‑
10(b)，Ag@Cu2O
‑
12(c)的SEM图；
[0024]图3：(a)Ag@Cu2O的TEM高放大倍数图，(b)为(a)的局部放大图，(c)为 (a)的局部放大图，(d)晶格条纹测量图；
[0025]图4：(a)Ag@Cu2O的TEM暗场图，(b)Ag@Cu2O的TEM暗场图，(c)Ag TEM 暗场图，(d)O TEM暗场图；(e)Cu TEM暗场图；(f)总谱图；(g)Ag、Cu、O元 素对比；
[0026]图5：(a)XPS全谱图，(b)Ag@Cu2O
‑
10的Ag3d图谱，(c)Ag@Cu2O
‑
10的 Cu2p图谱，(d)Ag@Cu2O
‑
10的O1s图谱；
[0027]图6：(a)Ag@Cu2O
‑
8进行CO2还原后产物乙醇的法拉第效率柱状图；(b)为 Ag@Cu2O
‑
10进行CO2还原后产物乙醇的法拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载Ag纳米颗粒的铜基纳米阵列催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：在含乙二醇和无水乙醇的混合醇溶液中加入Ag(NO)3溶液，搅拌均匀后将Cu2O纳米线阵列浸润在该溶液中，真空条件下进行PLASMA轰击，清洗后干燥得到灰色Ag@Cu2O纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙二醇和无水乙醇的质量比为1：2；所述Ag(NO)3溶液的浓度为1mmoL；所述Cu2O纳米线阵列为铜基原位生长的Cu2O纳米线阵列。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，Ag(NO)3与乙二醇的质量比为17：333。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PLASMA轰击的激发频率为13.56MHz；所述PLASMA轰击的时间为8～12min；所述真空条件为在真空下引入100uL空气。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述PLASMA轰击...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓民，罗金良，郭剑，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：