一种Sn/CuO催化剂及制备方法及其应用技术

本申请公开了一种Sn/CuO催化剂及制备方法及其应用。所述催化剂为Sn掺杂CuO催化剂，所述Sn在催化剂中质量百分含量为5～7％。本发明专利技术的催化剂Sn/CuO对电催化还原CO2制备CO的应用较新颖。本发明专利技术催化剂制备方法简单易行，原料价格相对较低，CO2电还原生成CO的选择性高，法拉第效率可达91％。拉第效率可达91％。

【技术实现步骤摘要】
一种Sn/CuO催化剂及制备方法及其应用


[0001]本申请涉及一种Sn/CuO催化剂及制备方法及其应用，属于电化学催化


技术介绍

[0002]自十八世纪六十年代工业革命以来，煤、石油、天然气等化石燃料消耗总量迅速增加，造成了二氧化碳的过量排放，引发全球变暖、海平面升高等环境问题。另一方面，风能，太阳能，潮汐能等可再生能源容易受到气候、地域等限制，难以被有效利用。如果能通过电催化CO2还原反应(CO2RR)将可再生电力能源以储存在化学键中的形式转化为一氧化碳、碳氢化合物等高附加值化学品和液体燃料。则可以在减少空气中二氧化碳浓度的同时实现二氧化碳的有效利用。
[0003]然而，目前电催化二氧化碳还原还存在着反应过电位较高，以及不同产物的热力学氧化还原电势接近导致的特定产物选择性较低等问题。因此，迫切需要寻找一种有效的催化剂实现小的反应过电位以及较高产物选择性和活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种用于电催化还原二氧化碳制备一氧化碳的棒状Sn/CuO催化剂。本专利技术采用一锅沉淀法合成少量Sn掺杂的棒状Sn/CuO催化剂，用于电催化二氧化碳还原制备一氧化碳。该催化剂原料价格低，制备过程简单，制备的催化剂具有高的一氧化碳法拉第效率。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种催化剂，所述催化剂为Sn掺杂CuO催化剂，所述Sn在催化剂中质量百分含量为5～7％；其中Sn的质量以Sn元素的质量计。所述Sn在催化剂中质量百分含量为5～7％时，电催化还原二氧化碳制备一氧化碳法拉第效率最高。
[0006]所述催化剂微观形貌为离散型棒状结构，棒状的长度是200～300nm。
[0007]根据本申请的又一个方面，提供了所述催化剂的制备方法，所述方法包括将含有铜源、锡源的溶液与沉淀剂混合，加热后，待其自然降温至室温，抽滤，洗涤，干燥，采用一锅沉淀法合成所述的催化剂。
[0008]可选地，所述铜源选自硫酸铜、氯化铜中的至少一种；
[0009]所述锡源选自氯化亚锡、氯化锡中的至少一种；
[0010]所述沉淀剂为无机碱；
[0011]所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
[0012]可选地，所述含有铜源、锡源的溶液中，所述铜源的浓度为0.0130～0.0136mol/L，以铜元素的摩尔量计；
[0013]所述锡源的浓度为0.8～0.9mmol/L，以锡元素的摩尔量计，
[0014]所述铜源与锡源的质量比为19:1～21:1。
[0015]优选地，所述铜源与锡源的质量比可独立19:1、20:1、21:1；
[0016]可选地，所述加热温度为90～100℃，加热时间为3～7小时。
[0017]优选地，所述加热温度可独立选自90℃、95℃、100℃；
[0018]优选地，所述加热时间可独立选自3小时、4小时、5小时、6小时、7小时；
[0019]可选地，所述无机碱的浓度为0.98～1.02mol/L。
[0020]优选地，所述无机碱的浓度可独立选自0.98mol/L、1.0mol/L、1.02mol/L；
[0021]所述无机碱与铜源的质量比为0.5:1～0.7:1。
[0022]优选地，所述无机碱与铜源的质量比为可独立选自0.5:1、0.6:1、0.7:1；
[0023]本专利技术中，无机碱溶液缓慢加入，有利于Sn
2+
充分的掺杂进入氧化铜的晶格中。
[0024]根据本申请的又一个方面，提供了一种电催化还原二氧化碳制备一氧化碳的方法，所述方法包括采用负载有催化剂的工作电极，电催化还原二氧化碳制备一氧化碳，其中所述催化剂选自上述催化剂或根据上述方法制备的催化剂。
[0025]可选地，所述工作电极上，棒状Sn/CuO催化剂的负载量是0.995～1.005mg/cm2；
[0026]优选地，所述催化剂负载量可独立选自0.995mg/cm2、1.0mg/cm2、1.005mg/cm2。
[0027]可选地，所述工作电极的制作方法包括如下步骤：
[0028]向含有催化剂的溶液中加入萘酚溶液，超声形成混合溶液，将获得的混合溶液涂在电极上，50～70℃干燥，获得所述工作电极。
[0029]可选地，所述含有催化剂的溶液中，溶剂选择异丙醇、乙醇中的至少一种；
[0030]所述电极选自碳纸、玻碳电极中的至少一种。
[0031]可选地，所述催化剂和溶剂的质量体积比5.1～5.3g/L；
[0032]所述溶剂与萘酚溶液的体积比为23～25；
[0033]所述萘酚溶液的质量浓度为6～7％；
[0034]所述超声时间为20～40min。
[0035]本申请能产生的有益效果包括：
[0036]1)本申请催化剂原料便宜，制备方法简单，可以通过制备条件的改变实现对活性调变。
[0037]2)本申请将Sn/CuO催化剂应用于电化学二氧化碳还原反应的应用新颖。
[0038]3)本申请制备的棒状Sn/CuO催化剂电催化还原二氧化碳为一氧化碳的选择性高，法拉第效率可达91％。
附图说明
[0039]图1为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂的SEM图。
[0040]图2为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂的X射线粉末衍射图，其中(a)图为CuO和SnCuO的X射线粉末衍射图；(b)图为CuO(002)晶面的放大图。
[0041]图3为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂在氮气和二氧化碳氛围下的极化曲线图。
[0042]图4为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂产物的法拉第效率图。
[0043]图5为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂产物的电流密度图。
[0044]图6为本申请实施例1制备的Sn/CuO催化剂直径大小统计图。
具体实施方式
[0045]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0046]如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，其中氢氧化钠购自国药公司；二水合氯化亚锡购自阿拉丁；五水合硫酸铜购自大茂；质量分数为6％的萘酚溶液购自杜邦；碳酸氢钾溶液购自西格玛。
[0047]本申请的实施例中分析方法如下：
[0048]电化学性能测试的仪器为：上海辰华CHI600E电化学工作站，型号为CHI600E，厂家为上海辰华。
[0049]催化剂的形貌表征仪器为：场发射扫描电子显微镜，型号为JSM
‑
7800F(日本电子株式会社)；
[0050]X射线粉末衍射表征仪器为ANAlytical X
’
pert Pro diffractometer with with a Cu Kαradiation source
[0051]ICP检测所用仪器为：PerknElmer ICP
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂为Sn掺杂CuO催化剂，所述Sn在催化剂中质量百分含量为5～7％，其中Sn的质量以Sn元素的质量计。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂微观形貌为离散型棒状结构，棒状的长度是200～300nm。3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括将含有铜源、锡源的溶液与沉淀剂混合，加热合成所述的催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铜源选自硫酸铜、氯化铜中的至少一种；所述锡源选自氯化亚锡、氯化锡中的至少一种；所述沉淀剂为无机碱；优选地，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含有铜源、锡源的溶液中，所述铜源的浓度为0.0130～0.0136mol/L，以铜元素的摩尔量计；所述锡源的浓度为0.8～0.9mmol/L，以锡元素的摩尔量计；所述铜源与锡源的质量比为19:1～21:1；优选地，所述加热温度为90～100℃，加热时间为3～7小时。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄延强，陈茹茹，李旭宁，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：