一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂及其制备方法，属于电化学及复合材料技术领域。泡沫铜催化剂由多孔银骨架和包覆在多孔银骨架上的金属铜层组成。泡沫铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔银骨架放入含有铜盐的电镀液中进行电沉积镀铜，得到多孔铜骨架；(2)对所述多孔铜骨架进行氧化处理，然后进行还原处理，得到所述泡沫铜催化剂。本发明专利技术的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜具有比表面积大、转换效率高、循环稳定性好等优点，适用于分解多种途径产生的CO2，并且本发明专利技术的制备方法简单，使用的原料价格低廉、绿色环保。绿色环保。绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学及复合材料
，特别是涉及一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]CO2的过量排放引起的环境问题已然受到了全世界的广泛关注，将CO2资源化利用是解决该问题的重要途径。其中，电催化还原CO2可以将其转化为高附加价值的化学品，不仅可以缓解CO2引起的全球气候变暖，还可以实现碳循环，即将碳转化为具有高利用价值的化工产品，因此是一种具有重要社会意义及广阔应用前景的技术。
[0003]电催化CO2还原的性能与催化剂的种类、电压、电解质溶液、CO2浓度和反应温度等有关，其中催化剂的种类对其影响最为关键。铜基材料是一种能产生多碳产物的电极，由于成本低，因此常用作CO2还原的催化剂。但反应过程中活性位点的消耗以及表面碳的堆积易使铜基催化剂失效，并且铜基催化剂产生C
2+
产物的稳定性只能维持在几十小时内，很少能达到数百小时，而银作为电催化CO2还原的催化剂可以实现长达数千小时的催化作用，但银作为贵金属，其成本较高。
[0004]为提高C
2+
产物的效率以及还原过程中的稳定性，已经探索了各种方法。例如，申请号202111323665.2的中国专利采用修饰基团修饰铜基催化剂作为电化学催化电极，提高现有铜基催化剂催化效率和法拉第效率，降低输入能量的损失，实现电能的高效存储与碳中和。申请号为202210096527.3的中国专利在铜催化剂的电化学还原制备过程中，利用有机阴离子与催化剂表面的铜配位以及诱导形成取向晶面，从而提高纳米铜催化剂稳定性与活性。以上方法在提高铜基催化剂对CO2的产物选择性方面取得一定的进展，但是在保持铜基催化剂的性能稳定性及转换效率方面依旧面临巨大挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题，本专利技术以三聚氰胺泡沫为基础模板，在该模板上化学镀银(使其导电)、电沉积镀铜、加热氧化处理以及还原处理，得到了可用于电催化CO2的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂，本专利技术的制备过程简单，价格更加低廉、绿色环保；自带多孔结构的泡沫铜通过多次氧化还原制备得到的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂具有比表面积大的优点，转换效率高，稳定性优异，适用于分解多种途径产生的CO2。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一：一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂，包括空心结构的多孔银骨架和包覆在多孔银骨架上的铜金属。
[0008]进一步地，所述跨尺度孔径结构中包括160～400μm的大孔径和1～5μm的小孔径；所述多孔银骨架的孔径为100～300μm，银层厚度为8～10μm；所述金属铜层的厚度为20～40μm。
[0009]本专利技术的技术方案之二：一种上述具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将多孔银骨架放入含有铜盐的电镀液中进行电沉积镀铜，得到多孔铜骨架；
[0011](2)对所述多孔铜骨架进行氧化处理，然后进行还原处理，得到所述泡沫铜催化剂(三维多孔结构)。
[0012]进一步地，所述多孔银骨架的制备具体包括：
[0013]将三聚氰胺泡沫基础模板浸泡在银氨溶液中，然后滴加C6H
12
O6溶液(还原剂溶液)，水浴搅拌，洗涤、干燥后得到所述多孔银骨架。
[0014]所述三聚氰胺泡沫基础模板的孔径为100～300μm。
[0015]进一步地，所述银氨溶液的配制具体包括：在浓度为20～40g/L的AgNO3溶液中滴加质量分数为25％的NH3·
H2O，直至AgNO3溶液澄清透明，制得所述银氨溶液；所述C6H
12
O6溶液的浓度为40～80g/L；
[0016]所述浸泡的温度为25～40℃；所述浸泡的时间为5min；所述水浴的温度为25～40℃；所述搅拌的时间为10～25min。
[0017]进一步地，所述含有铜盐的电镀液以水作为溶剂，CuSO4的浓度为200～300g/L、H2SO4的浓度为60～80g/L、C2H6O2的浓度为0.2～0.4g/L。
[0018]进一步地，所述电沉积的表观电流密度为2～4A/cm2，时间为7～9h。
[0019]进一步地，所述氧化处理的加热方式为：先升温至150～250℃，保温15～30min；再升温至300～500℃，保温30～60min；所述还原处理的气氛为H2:N2＝1:9，加热方式为：先升温至450～550℃，保温150～300min；再升温至750～850℃，保温60～120min。
[0020]进一步地，所述具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂的制备方法，还包括，重复步骤(2)1～5次。
[0021]重复步骤(2)的处理可以增加泡沫铜催化剂的有效比表面积。
[0022]本专利技术的技术方案之三：一种上述具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂在催化分解CO2中的应用。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：
[0024](1)本专利技术的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜具有比表面积大、转换效率高、循环稳定性好等优点，适用于分解多种途径产生的CO2。
[0025](2)本专利技术的制备方法简单，使用的原料价格低廉、绿色环保。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0027]图1为本专利技术实施例1制备的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂SEM图，其中(a)为未经过氧化还原处理的多孔泡沫铜的骨架图，(b)为未经过氧化还原处理的多孔泡沫铜骨架的进一步放大图；
[0028]图2为本专利技术实施例2制备的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂SEM图，其中(a)
为经过3次氧化还原处理的多孔泡沫铜的骨架图，(b)为经过3次氧化还原处理的多孔泡沫铜骨架的进一步放大图。
具体实施方式
[0029]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0030]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0031]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂，其特征在于，包括空心结构的多孔银骨架和包覆在多孔银骨架上的铜金属。2.根据权利要求1所述的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂，其特征在于，所述跨尺度孔径结构中包括160～400μm的大孔径和1～5μm的小孔径；所述多孔银骨架的孔径为100～300μm，银层厚度为8～10μm；所述金属铜层的厚度为20～40μm。3.一种权利要求1～2任一项所述的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多孔银骨架放入含有铜盐的电镀液中进行电沉积镀铜，得到多孔铜骨架；(2)对所述多孔铜骨架进行氧化处理，然后进行还原处理，得到所述泡沫铜催化剂。4.根据权利要求3所述的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂的制备方法，其特征在于，所述多孔银骨架的制备具体包括：将三聚氰胺泡沫基础模板浸泡在银氨溶液中，然后滴加C6H
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O6溶液，水浴搅拌，洗涤、干燥后得到所述多孔银骨架；所述三聚氰胺泡沫基础模板的孔径为100～300μm。5.根据权利要求4所述的具有跨尺度孔径结构的泡沫铜催化剂的制备方法，其特征在于，所述银氨溶液的配制具体包括：在浓度为20～40g/L的AgNO3溶液中滴加质量分数为25％的NH3·
H2O，直至AgNO3溶液澄清透明，制得所述银氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘意春，闫安，舒君，黄泓鑫，李才巨，李凤仙，陶静梅，易健宏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：