【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化，特别涉及一种铜基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着社会的发展，能源消耗越来越大，而燃烧化石能源来获得维持社会所需的动力消耗的同时，也带来了一系列环境问题。其中，燃烧所产生大量的二氧化碳是导致了全球范围内的气候变暖、海平面的上升、海水酸化和海洋生态系统崩溃等问题的主要原因。为了解决二氧化碳的过度排放引发的环境和能源问题，除了对可再生绿色能源，如太阳能、风能、潮汐能等加以利用之外，对排放的二氧化碳进行利用也是解决方法之一。二氧化碳还原产生的一系列含碳分子是重要的燃料和化工原料。因此，将排放的二氧化碳转化为有价值的含碳分子，是一个既可以减少大气中二氧化碳的量、减缓环境危机，又可以实现“碳中和”，还可以产生有用燃料和化工原料的解决方案。
2、乙烯是一种重要的化工原料，也可作为合成液体燃料的前驱体，同时还具备能量密度高的优点，可以作为良好的能量存储载体，实现基于二氧化碳的绿色能量的转换与存储。目前用于二氧化碳还原制备乙烯的催化剂以铜为主。铜环境友好、资源丰富，并且结构易调，是有前景的二氧化碳还原乙烯催化剂材料。然而，目前铜基催化剂催化二氧化碳还原乙烯的反应仍旧存在以下缺陷而无法得到大规模商业使用：(1)催化选择性低：水的分解有可能会带来严重的析氢反应，降低二氧化碳还原生成乙烯的法拉第效率，致使二氧化碳还原过程中得到的最终产物非常多样。除乙烯外，还包括一氧化碳(co)、甲烷(ch4)、甲醇(ch3oh)、甲酸(hcooh)、乙醇(c2h5oh)、乙烷(c2h6)和正丙醇(c3h7oh)等目前，铜基
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供一种铜基催化剂，比表面积高，选择性和催化活性优异，且稳定性好，具有低价、高效、长寿命的特点。
2、本专利技术的第二方面提供一种铜基催化剂的制备方法。
3、本专利技术的第三方面提供一种铜基催化剂的应用。
4、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
5、本专利技术第一方面提供一种铜基催化剂，包括基底和基底表面的铈掺杂氧化铜；所述基底包括铜；所述铈掺杂氧化铜中所述铈的质量含量为1～6％。
6、本专利技术的铜基催化剂比表面积高，选择性和催化活性优异，且稳定性好，具有低价、高效、长寿命的特点，能够用于高效催化二氧化碳还原制备乙烯。
7、在本专利技术的一些实施方式中，所述铈掺杂氧化铜中所述铈的质量含量为2～5％。
8、在本专利技术的一些实施例中，所述铈掺杂氧化铜中所述铈的质量含量为3～4％。
9、在本专利技术的一些实施方式中，所述基底表面的铈掺杂氧化铜的厚度为1～3μm。
10、在本专利技术的一些实施例中，所述基底表面的铈掺杂氧化铜的厚度为1.5～2.5μm。
11、本专利技术的第二方面提供一种本专利技术第一方面所述铜基催化剂的制备方法，包括如下步骤：
12、以铜片为阳极，与阴极共同浸入电解液中，进行电化学氧化；
13、将所述电化学氧化后的铜片浸泡于可溶性铈盐溶液中，得到催化剂前驱体；
14、将所述催化剂前驱体进行热处理，得到所述铜基催化剂。
15、本专利技术采用电化学氧化法，具有以下优势：电化学氧化铜片制备氧化铜，在电解液中形成碱式碳酸铜。碱式碳酸铜具备层状结构，层间可与铈离子产生静电相互作用模式，吸附铈离子，保证铈的均匀掺杂。
16、同时相比铈盐粉末与经过电化学氧化的铜片直接混合进行退火相比，本专利技术将经过电化学氧化的铜片浸泡于可溶性铈盐溶液中，这种浸泡法具备以下优势：(1)方法简便，掺杂均匀：使用混合法需要使用混合设备，如球磨机等，才可以达到均匀混合的目的，而本专利技术采用浸泡法可以直接在大面积的铜片基底上制备铈掺杂均匀的材料；(2)可制备自支撑的大面积电极材料：混合法只能够制备粉末状样品，仍需进一步涂敷导电基底并成型，才可以得到催化剂，而本专利技术采用浸泡法则不需复杂的研磨与成型工序，仅需浸泡和退火这两个简单步骤便可得到大面积的催化剂。
17、需要说明的是，由于铜片表面在电化学氧化和铈盐溶液浸泡过程中已经形成一层氢氧化物保护层，因此，热处理过程中，铜片内部不会氧化，而表面的铈掺杂的碱式碳酸铜形成铈掺杂氧化铜。
18、在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法不包括涂覆、研磨、球磨、成型的步骤。
19、在本专利技术的一些实施方式中，所述可溶性铈盐溶液的浓度为2～20mmol/l。
20、在本专利技术的一些实施例中，所述可溶性铈盐溶液的浓度为8～20mmol/l。
21、在本专利技术的一些具体实施例中，所述可溶性铈盐溶液的浓度为10～20mmol/l。
22、在本专利技术的一些示例中，所述可溶性铈盐溶液的浓度为10～12mmol/l。
23、在本专利技术的一些实施方式中，所述可溶性铈盐溶液的体积为10～30ml。
24、在本专利技术的一些实施例中，所述可溶性铈盐溶液的体积为15～20ml。
25、在本专利技术的一些实施方式中，所述铜片在可溶性铈盐溶液中的浸泡时间为10～15h。
26、在本专利技术的一些实施例中，所述铜片在可溶性铈盐溶液中的浸泡时间为11～13h。
27、在本专利技术的一些实施方式中，所述铜片在可溶性铈盐溶液中的浸泡在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为200～400r/min。
28、在本专利技术的一些实施例中，所述转速为250～350r/min。
29、在本专利技术的一些实施方式中，所述热处理的温度为200～400℃。
30、在本专利技术的一些实施例中，所述热处理的温度为250～350℃。
31、在本专利技术的一些实施方式中，所述热处理的时间为1～6h。
32、在本专利技术的一些实施例中，所述热处理的时间为2～6h。
33、在本专利技术的一些具体实施例中，所述热处理的时间为3～6h。
34、在本专利技术的一些示例中，所述热处理的时间为3～4h。
35、在本专利技术的一些实施方式中，所述热处理在有氧条件下进行。
36、在本专利技术的一些实施例中，所述热处理在空气气氛下进行。
37、在本专利技术的一些实施方式中，所述阴极和所述阳极浸入电解液中的面积为3～7cm2。
38、在本专利技术的一些实施例中，所述阴极和所述阳极浸入电解液中的面积为4～6cm2。
39、在本专利技术的一些具体实施例中，所述阴极和所述阳极浸入电解液中的面积为4.5～6本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铜基催化剂，其特征在于，包括基底和基底表面的铈掺杂氧化铜；所述基底包括铜；
2.根据权利要求1所述的铜基催化剂，其特征在于，所述基底表面的铈掺杂氧化铜的厚度为1～3μm。
3.一种权利要求1或2所述铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铈盐溶液的浓度为8～20mmol/L；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200～400℃；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阳极和所述阴极浸入电解液中的面积为3～7cm2；
7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述电化学氧化的电流密度为2～6mA/cm2；
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述电解液包括碳酸氢钾溶液、碳酸氢钠溶液中的至少一种；和/或，所述电解液的浓度为0.05～0.5mol/L；
9.一种权利要求1或2所述铜基催化剂，或权利要求3～8任一项所述制备方法得到的铜基催化剂在催化二氧化碳还原中
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述铜基催化剂用于催化二氧化碳还原制备乙烯。
...【技术特征摘要】
1.一种铜基催化剂，其特征在于，包括基底和基底表面的铈掺杂氧化铜；所述基底包括铜；
2.根据权利要求1所述的铜基催化剂，其特征在于，所述基底表面的铈掺杂氧化铜的厚度为1～3μm。
3.一种权利要求1或2所述铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铈盐溶液的浓度为8～20mmol/l；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200～400℃；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阳极和...
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