一种金基双金属催化剂及制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种金基双金属催化剂及制备方法与应用，属于金属材料制备及催化技术领域。该金基催化剂是以金纳米颗粒为种子，采用种子介导生长法在金纳米颗粒表面负载氧化亚铜，随后在高温下发生还原反应得到金

【技术实现步骤摘要】
一种金基双金属催化剂及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于金属材料制备及催化
，更具体地，涉及一种金基双金属催化剂及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，由全球二氧化碳浓度快速增长导致的气候问题和化石能源的消耗是阻碍人类可持续发展的两大难关。在可再生电能的推动下，CO2在水溶液中经过电化学还原转换为具有更高能量密度的产物，是一种高效快速的降低大气中CO2浓度的策略，也是一种有吸引力的方法来储存清洁能源。在以往的研究中发现，Au对CO2的电化学还原优点十分明显。然而，由于金在电催化CO2还原中对中间体CO*的吸附能力弱，金基催化剂催化CO2还原的产物以CO为主，只能在施加高电压的条件下产生高能量密度的多碳产物，产生过程需要消耗大量的电能，这极大地限制了金基催化剂在电催化还原CO2方面的工业化应用。因此开发一种低成本、高稳定性、能够降低CO2还原电压产生高附加值多碳产物的催化剂具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决了现有技术中金基催化剂只能在高电压下产生多碳产物的技术问题，本专利技术提出了一种金基双金属催化剂的制备方法，采用种子介导生长法合成不同厚度氧化亚铜包裹的金纳米颗粒结构；再分散在还原剂中，使氧化亚铜还原成铜，再在高温反应釜中合成梯度合金结构或者双金属核壳结构，得到金基双金属催化剂。本专利技术制备得到的金基双金属催化剂能够在
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0.4V(vs RHE)的电压下稳定高效的将CO2还原为C2H4，法拉第效率～20％，解决了目前金基催化剂高电压、高成本还原CO2为多碳产物的技术问题。
[0004]根据本专利技术第一方面，提供了一种金基双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0005](1)将还原剂柠檬酸盐加入到金盐溶液中，并进行加热，得到金种纳米颗粒；
[0006](2)将步骤(1)得到的金种纳米颗粒和还原剂加入到金盐溶液中，在加热的条件下金种纳米颗粒生长，得到金纳米颗粒；所述还原剂为三羟甲基氨基甲烷或抗坏血酸；
[0007](3)将步骤(2)得到的金纳米颗粒与铜盐分散在含有表面活性剂的水溶液中；在冰浴的条件下，调节pH至碱性，并加入还原剂水合肼或抗坏血酸；所述铜盐被还原得到氧化亚铜，并包裹在金纳米颗粒表面；
[0008](4)将步骤(3)得到的表面包裹氧化亚铜的金纳米颗粒分散在含有表面活性剂的还原剂多元醇中，进行溶剂热反应，得到金
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铜双金属催化剂。
[0009]优选地，步骤(1)和步骤(2)中的金盐分别为氯金酸；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜。
[0010]优选地，步骤(1)和步骤(2)所用金盐中金原子的物质的量之和比上铜盐中铜原子的物质的量为2
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4。
[0011]优选地，步骤(1)和步骤(2)所用金盐中金原子的物质的量之和比上铜盐中铜原子
的物质的量小于2。
[0012]优选地，步骤(1)和步骤(2)中加热的温度为90℃
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100℃，步骤(4)中溶剂热反应的温度为150℃
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250℃。
[0013]根据本专利技术另一方面，提供了所述的方法制备得到的金基双金属催化剂。
[0014]根据本专利技术另一方面，提供了所述的金基双金属催化剂用于电催化还原CO2的应用。
[0015]优选地，所述应用具体为：将所述金基双金属催化剂负载在碳纸表面作为工作电极，使用铂网作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，组成三电极体系；使用CO2将KHCO3或NaHCO3电解液通至饱和后，在CO2的饱和溶液中持续电解还原CO2，使所述金基双金属催化剂催化CO2还原反应为C2H4。
[0016]优选地，所述KHCO3电解液的浓度为0.1
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0.5M。
[0017]优选地，所述电解还原CO2施加的电压为
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0.4～
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1.4V。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0019](1)本专利技术催化剂的制备采用种子介导生长法合成氧化亚铜包裹的金纳米颗粒结构，分散在还原剂中，置于反应釜内，在高温下生成金基双金属催化剂。
[0020](2)本专利技术利用还原作用在金纳米颗粒中引入了过渡金属铜，并使用溶剂热反应降低了以往通过一锅法合成金铜合金的温度，更加绿色安全的合成了金
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铜双金属催化剂，该材料不仅能够稳定的将CO2还原为多碳产物，同时施加电压低，消耗电能少。本专利技术制备方法简单，形成合金的温度更低，解决了目前金基催化剂高电压、高成本还原CO2为多碳产物的技术问题，实现了低电压稳定生成多碳产物的目标，开拓了CO2还原的催化剂的设计策略，具有良好应用前景。
[0021](3)本专利技术所用金盐中金原子的物质的量之和比上铜盐中铜原子的物质的量为2
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4，得到的金
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铜双金属催化剂为金铜梯度合金结构，即越往内部，金与铜的原子比例越高。所用金盐中金原子的物质的量之和比上铜盐中铜原子的物质的量小于2，得到的金
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铜双金属催化剂为金铜核壳结构，外层的铜为壳结构，内部的金为核结构。
[0022](4)本专利技术制备得到的金基双金属催化剂在KHCO3电解液中，对CO2电化学还原具有良好的稳定性，
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0.4V(vs RHE)的电压下稳定高效的将CO2还原为C2H4(法拉第效率～20％)。
附图说明
[0023]图1为产品的紫外吸收光谱图，与金纳米颗粒相比产品发生明显红移，证明有双金属化合物的生成。
[0024]图2为产品的粉末X
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射线衍射谱图，与金、铜标准卡片对比，证实产品中存在双金属合金结构与核壳结构。
[0025]图3为产品的TEM图，证明双金属梯度纳米结构的形貌为尺寸～60nm球形。
[0026]图4为产品的HRTEM图，证明双金属纳米结构的为梯度合金结构。
[0027]图5为产品的TEM图，证明双金属核壳纳米结构的形貌为尺寸～120nm球形。
[0028]图6为产品电催化还原CO2性能柱状图，证明了形成梯度合金的金基双金属催化剂有利于在低电位下CO2还原为高阶碳氢化合物。
[0029]图7为产品电催化还原CO2性能柱状图，证明了形成核壳结构的金基双金属催化剂不利于CO2还原反应的发生，主要发生的反应为析氢副反应。
[0030]图8为产品稳定性的测试图，产品具有良好的稳定性，可以持续在
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0.4V vs RHE的低电压下持续电解产生C2H4。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金基双金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将还原剂柠檬酸盐加入到金盐溶液中，并进行加热，得到金种纳米颗粒；(2)将步骤(1)得到的金种纳米颗粒和还原剂加入到金盐溶液中，在加热的条件下金种纳米颗粒生长，得到金纳米颗粒；所述还原剂为三羟甲基氨基甲烷或抗坏血酸；(3)将步骤(2)得到的金纳米颗粒与铜盐分散在含有表面活性剂的水溶液中；在冰浴的条件下，调节pH至碱性，并加入还原剂水合肼或抗坏血酸；所述铜盐被还原得到氧化亚铜，并包裹在金纳米颗粒表面；(4)将步骤(3)得到的表面包裹氧化亚铜的金纳米颗粒分散在含有表面活性剂的还原剂多元醇中，进行溶剂热反应，得到金
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铜双金属催化剂。2.如权利要求1所述的金基双金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的金盐分别为氯金酸；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜。3.如权利要求1或2所述的金基双金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所用金盐中金原子的物质的量之和比上铜盐中铜原子的物质的量为2
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4。4.如权利要求1或2所述的金基双金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广芳，黄静，朱建南，代嘉伟，刘宏芳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：