一种双金属催化剂及其制备方法和在电催化二氧化碳还原中的应用

本发明涉及电化学催化，尤其涉及一种双金属催化剂及其制备方法和在电催化二氧化碳还原中的应用。

背景技术：

1、电催化二氧化碳还原被认为是目前最有前途的人工碳循环利用的方式之一，它可以将二氧化碳还原生成含碳的化合物，如一氧化碳、乙烯和醇。如何高效地将co2转化为含碳产物，是研究者们普遍关注的问题。近年来，针对电催化二氧化碳还原电极的制备和优化方法，主要集中在催化剂的调控，大多采用较为苛刻的合成条件，涉及高温高压反应等，流程复杂，具有较大的安全隐患。采用一种简易的普适的处理方法实现催化剂的优化，对实现大规模工业生产具有深远意义。电化学处理方法被视为一种绿色环保，清洁高效，易于操作的手段。处理过程中可以通过改变施加的电位或电流，辅以不同的工作模式，进而实现催化剂的优化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双金属催化剂及其制备方法和在电催化二氧化碳还原中的应用。本发明提供的制备方法制备的催化剂能够显著促进电催化co2还原反应。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)在基体电极表面依次沉积金属铜和第二种金属，得到铜-第二种金属包覆电极；或：在基体电极表面依次沉积第二种金属和金属铜，得到第二种金属-铜包覆电极；所述第二种金属包括zn、al、sn、bi、ag、au或pd；

5、(2)将所述步骤(1)得到的铜-第二种金属包覆电极或第二种金属-铜包覆电极在碱金属盐溶液中进行电化学循环伏安处理，得到双金属催化剂。

6、优选地，所述步骤(2)碱金属盐溶液中的碱金属盐包括碳酸氢钾、碳酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠和硫酸钠中的一种或多种。

7、优选地，所述步骤(2)中碱金属盐溶液的浓度为0.01～2mol/l。

8、优选地，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的扫描速度为1～500mv s-1。

9、优选地，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的电位区间为-2.6～2.6v。

10、优选地，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的循环圈数为1～500圈。

11、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的双金属催化剂。

12、本发明还提供了上述技术方案所述双金属催化剂用于电催化二氧化碳还原反应。

13、本发明提供了一种双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)在基体电极表面依次沉积金属铜和第二种金属，得到铜-第二种金属包覆电极；或：在基体电极表面依次沉积第二种金属和金属铜，得到第二种金属-铜包覆电极；所述第二种金属包括zn、al、sn、bi、ag、au或pd；(2)将所述步骤(1)得到的铜-第二种金属包覆电极或第二种金属-铜包覆电极在碱金属盐溶液中进行电化学循环伏安处理，得到双金属催化剂。本发明在基体电极表面沉积铜和第二种金属，铜在二氧化碳还原中乙烯是主要的产物，通过沉积特定种类的第二种金属得到分层的双金属电极，该第二金属能够在二氧化碳还原中产生过量的co，通过将双金属电极进行电化学循环伏安处理，当处于相对正电位时，金属铜和第二种金属变为离子溶解在溶液中，当处于负电位时重新沉积在电极表面，在电极的溶解和再沉积过程中会出现结构的重建，形成更多的cu和第二种金属界面活性位点，缩短了电子和质子的传质距离，第二种金属在二氧化碳还原中生成的co可以直接溢流到cu上，与cu在二氧化碳还原过程中产生的*ch2或者*ch3中间体耦合，生成*coch3中间体，再进一步生成乙醇，从而提高二氧化碳还原生成乙醇的选择性。实施例的结果显示，本发明制备的催化剂在电催化二氧化碳还原时，具有高效的电催化co2还原性能，其中，乙醇的法拉第效果达到29.3％。

技术特征：

1.一种双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)碱金属盐溶液中的碱金属盐包括碳酸氢钾、碳酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠和硫酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碱金属盐溶液的浓度为0.01～2mol/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的扫描速度为1～500mv s-1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的电位区间为-2.6～2.6v。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中电化学循环伏安处理的循环圈数为1～500圈。

7.权利要求1～6任意一项所述制备方法制备的双金属催化剂。

8.权利要求7所述双金属催化剂用于电催化二氧化碳还原反应。

技术总结
本发明提供一种双金属催化剂及其制备方法和在电催化二氧化碳还原中的应用，属于电化学催化技术领域。本发明在基体电极表面沉积金属铜和第二种金属，得到分层的双金属薄膜，然后进行电化学循环伏安处理，最终得到混合的双金属催化剂，可以形成更多的铜和第二种金属的双金属界面，缩短反应中电子和质子的传输距离，相比于分层的铜‑第二种金属双金属催化剂，可以提升电催化二氧化碳还原生成乙醇的选择性。通过调控金属的种类，可以获得生成不同产物的电催化二氧化碳还原双金属催化剂。

技术研发人员：罗景山,付阳,陈永波
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12