【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种铜锌双金属催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着人口的快速增长和经济的快速发展，大气中的二氧化碳(co2)含量持续上升，截止2022年超过421ppm，已经超过了最大安全浓度(350ppm)，引发了温室效应、生物链破坏、传染病传播加剧等一系列环境危机，严重威胁着人类的生存。因此，开发人工固碳技术，将大气中的二氧化碳转化为高附加值燃料和有用的工业化学品，对于实现可持续碳循环和长期能源储存至关重要。
2、电催化二氧化碳还原(co2er)可以利用可再生无碳能源(风能、太阳能等)产生的电能作为能源输入，是一个理想的研究方向。在co2er的所有产物中，乙烯(c2h4)是石油化工产品的重要组成部分，其能量密度和经济价值远高于c1产品(如：一氧化碳、羧酸、甲烷等)。因此，将co2er转化为c2h4是一条降低大气中co2含量、缓解能源危机和改善环境的可行途径。
3、铜(cu)是唯一能将co2转化为包括c2h4在内的多碳产物的金属催化剂，因为关键中间产物*co与铜的结合能适中，既不会过大而导致无法进行下一步的c-c偶联，也不会过小而生成co气体溢出。然而，在纯cu催化剂上转化co2受到了co2活化的阻碍，催化性能较差。
4、为了进一步提高催化性能，人们采取了许多策略，如设计原子氧化态、进行载体改性、调整形貌尺寸以及引入客体金属形成双金属催化剂。其中，双金属催化剂可以获得单金属催化剂无法获得的催化特性：(1)双金属催化剂可以发挥串联催化功能。众所周知，*co是形成多碳产物
5、由于cu/pd、cu/sb、cu/in、cu/au、cu/ag和cu/zn等铜基双金属催化剂在将co2er还原成c2h4方面具有优势，因此已被广泛报道。与金、银等贵金属和铅等有毒金属相比，zn是一种廉价、易得、无害的金属，它富含电子，与*co的结合能弱。将富含电子的zn掺杂到cu中，可提高c2+产物的高活性和选择性。因此，将zn与cu结合制备铜锌双金属催化剂来电催化co2还原制乙烯是一个理想的研究方向。
技术实现思路
1、为了综合解决上述问题，本专利技术提出了一种铜锌双金属催化剂及其制备方法，可以在不使用络合剂的情况下同时电沉积得到铜锌双金属催化剂，并且操作条件温和，成本低廉，简单易行，对环境友好。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一个方面提供一种铜锌双金属催化剂，以硫酸铜、硫酸锌和浓硫酸为原料制备硫酸盐体系电镀液，以高纯铜片作为对电极、商用气体扩散电极gde为阴极、ag/agcl为参比电极制备三电极，通过电沉积法制备得到cuzn/gde铜锌双金属催化剂。
3、本专利技术第二个方面提供一种铜锌双金属催化剂的制备方法，包括
4、步骤1：以硫酸铜、硫酸锌和浓硫酸为原料，制备硫酸盐体系电镀液；
5、步骤2：将商用气体扩散电极gde的碳纤维侧覆盖，作为阴极，将高纯铜片作为对电极，将ag/agcl作为参比电极，将三电极组装好置于电镀液中；
6、步骤3：在电化学工作站上选择multi-potential steps模式，设置电沉积参数，完成电沉积，制备得到cuzn/gde铜锌双金属催化剂。
7、优选的，步骤1的硫酸铜、硫酸和浓硫酸的摩尔比为15：1：25。
8、优选的，步骤2的电沉积包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的沉积电压e1为-0.3v vsag/agcl和沉积时间t1为225s，第二阶段的沉积电压e2为-1.2v vsag/agcl和沉积时间t2为15s。
9、本专利技术第三个方面，提供一种基于上述的方法制备得到的铜锌双金属催化剂应用于co2的还原。
10、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
11、1、本专利技术提供的铜锌双金属催化剂的制备方法，可以在不使用络合剂的情况下同时电沉积得到铜锌双金属催化剂，并且操作条件温和，成本低廉，简单易行，对环境友好。
12、2、本专利技术制备得到的铜锌双金属催化剂cuzn/gde是使用电位阶跃法(pse)沉积得到的，比使用恒电压法(i-t)制备的纯铜电极(cu/gde(-0.3v))、纯锌电极(zn/gde(-1.2v))和铜锌双金属催化剂(co-cuzn/gde(-0.3v))具有更高的乙烯选择性和催化活性。
13、3、本专利技术制备得到的催化剂cuzn/gde是一种双金属催化剂，比同样使用pse制备得到的纯铜电极(cu/gde(step))具有更高的乙烯选择性和催化活性。
14、4、本专利技术提供的铜锌双金属催化剂的制备方法(pse)在进行过程中存在类似微胶囊的反应环境。在低电压步骤中，cu2+被还原为cu，zn2+可以被转移到gde上，然后被沉积的cu包裹，形成富含zn2+@高电子导电性cu的微胶囊反应环境，使得电子转移和传至阻力降低，从而促进zn的沉积。
15、5、本专利技术制备得到的铜锌双金属催化剂cuzn/gde存在协同效应。一方面，zn位点上提供更多的*co，溢出到相邻的cu位点上，提高了cu位点上*co的浓度和覆盖率；另一方面，由于zn的掺杂，更多的cu(ⅰ)得到稳定，产生了更多的cu(0)/cu(ⅰ)界面，促进了c-c耦合，从而提高了乙烯产物的选择性。
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1.一种铜锌双金属催化剂，其特征在于：以硫酸铜、硫酸锌和浓硫酸为原料制备硫酸盐体系电镀液，以高纯铜片作为对电极、商用气体扩散电极GDE为阴极、Ag/AgCl为参比电极制备三电极，通过电沉积法制备得到CuZn/GDE铜锌双金属催化剂。
2.一种铜锌双金属催化剂的制备方法，其特征在于：包括
3.根据权利要求2所述的一种铜锌双金属催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1的硫酸铜、硫酸锌和浓硫酸的摩尔比为15：1：25。
4.根据权利要求3所述的一种铜锌双金属催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2的电沉积包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的沉积电压E1为-0.3V vsAg/AgCl和沉积时间T1为225s，第二阶段的沉积电压E2为-1.2V vs Ag/AgCl和沉积时间T2为15s。
5.如权利要求2-4任一项所述方法制备得到的铜锌双金属催化剂应用于CO2的还原。
【技术特征摘要】
1.一种铜锌双金属催化剂，其特征在于：以硫酸铜、硫酸锌和浓硫酸为原料制备硫酸盐体系电镀液，以高纯铜片作为对电极、商用气体扩散电极gde为阴极、ag/agcl为参比电极制备三电极，通过电沉积法制备得到cuzn/gde铜锌双金属催化剂。
2.一种铜锌双金属催化剂的制备方法，其特征在于：包括
3.根据权利要求2所述的一种铜锌双金属催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1的硫酸铜、硫酸锌和浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：高丽丽，孟欣怡，陈越，王小雨，李雪莲，齐凯，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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