一种自支撑Cu

技术领域

本发明属于电催化技术领域，特别涉及一种自支撑Cu

背景技术

随着工业发展和化石能源过度消耗，能源危机问题日益严重。电催化还原二氧化碳，生成燃料和高价值化学品，不仅能实现能源的循环利用，还可解决温室效应带来的一系列生态问题，已成为相关领域的研究热点。

自1989年Hori课题组考察不同金属电极对二氧化碳还原活性的先驱工作后，铜由于储量丰富价格低廉且在生成碳氢化合物上具有独特优势，因而受到广泛关注。但是，铜电极在催化二氧化碳还原过程中需要较高过电压，且产物分布广、选择性低。以铜基材料为电极，对如何提高活性和特定产物的法拉第效率展开了广泛研究。此外，二氧化碳气体在传统的H型电解池中是先溶解在电解质中使其达到饱后和才能与催化层接触，浓度低且传质扩散不足，从而导致电流密度低，反应速率慢，限制了实际应用。气体扩散电极的使用，可以在催化剂表面附近形成足够的气体浓度，增加了电解质、催化剂层和气体之间的接触，从而实现高性能的电催化转化。通过粘合剂后处理制备的非自支撑铜基气体扩散电极，制备过程复杂，稳定性差。因此，设计制备具有丰富活性位点的自支撑铜基气体扩散电极，提高电催化二氧化碳还原活性和特定产物选择性，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于设计制备一种高效电催化CO

要解决的技术问题：

在传统的H型电解池中CO

利用H型电解池进行反应时，由于催化界面上的气态反应物是由电解质溶液供应的，因此也造成了气态反应物在电催化剂上的扩散不充分。

利用传统的Cu基催化材料进行电催化二氧化碳还原时，其产物的选择性差，法拉第效率低。

技术方案：

用于电催化二氧化碳还原自支撑Cu

(1)气体扩散层-碳纸处理：首先将具有气体扩散层的碳纸裁剪成一定规格，然后依次分别在超纯水和乙醇溶液中超声30min，最后放入烘箱中干燥处理。

自支撑Cu

(2)将1.0gCuSO

(3)添加2.5g乳酸，然后将混合溶液搅拌0.5h，向溶液中逐滴添加3MNaOH溶液，直到其pH值稳定为9。记为溶液A。

(4)取40mL溶液A，以经预处理后的具有气体扩散层的碳纸(GDL340)为工作电极、铂片为对电极和Ag/AgCl(3MKCl溶液)为参比电极。

(5)在-0.3Vvs.Ag/AgCl电位下沉积75min，溶液温度为55℃。得到自支撑Cu

(6)将步骤(5)所得气体扩散电极浸泡在10mL、0.01M三水合氯金酸溶液中一定时间，在一定电位下原位还原1h，得到经还原处理的自支撑Cu

采用上述方法制备的电极用于电催化二氧化碳还原。

有益效果：

本发明提供了一种自支撑Cu

通过电化学活性测试，表明自支撑Cu

通过在不同电位下连续4h催化活性测试，自支撑的Cu

附图说明

图1为样品的实物图。其中，图1a是商用具有气体扩散层的碳纸，图1b是自支撑Cu

图2为应用流动电解池流程图。

图3为样品自支撑Cu

图4为样品自支撑Cu

图5为样品自支撑气体扩散电极的XRD图。

图6为自支撑Cu

图7为不同样品在不同电位下电催化二氧化碳还原的法拉第效率图。其中，图7(a)为自支撑Cu

图8为在高浓度下自发进行Au置换的自支撑气体扩散电极在不同电位下电催化二氧化碳还原的法拉第效率图。其中，图8(a)为自支撑Cu

图9为不同自支撑气体扩散电极的阻抗谱图。

具体实施方式：

实施例1电极的制备

(1)基底的处理

将具有气体扩散层的碳纸裁剪成规格为1.5×2.5cm

(2)自支撑Cu

将1.0gCuSO

(3)样品的表征

分别将Cu

实施例2自支撑Cu

不同电位下产物的法拉第效率图、不同电位下反应1h的i-t曲线图、不同自支撑气体扩散电极的阻抗(EIS)。

在流动电解池中采用三电极体系进行电化学测试，以自支撑气体扩散电极为工作电极、铂片为对电极、Ag/AgCl(3MKCl溶液)电极为参比电极，1MKOH溶液(pH＝13.6)为电解质溶液，通过电化学工作站(AutoLab)施加不同电位进行反应得到不同电位下的i-t曲线图，结果如图6所示，在利用软管将电解池与气相色谱仪(岛津GC-2014)的进气口连接对气体产物进行在线定量分析。值得注意的是，利用流动电解池进行电催化二氧化碳还原时随着反应进行以及还原电位的升高会导致气体室出现溢流现象，可以在软管上接一个单向阀，防止液体流入气相色谱仪。液相产物通过核磁共振氢谱进行分析，最后得到不同电位下不同产物的法拉第效率，结果如图7、图8所示。为了判定电子传输的快慢我们对不同自支撑气体扩散电极进行了电化学阻抗测试，以自支撑气体扩散电极为工作电极、铂片为对电极、Ag/AgCl(3MKCl溶液)电极为参比电极，0.5MNa

实施例3自支撑Cu

本次实验采用在线体系进行二氧化碳还原测试，在催化过程中，每隔1h用气相色谱在线检测流动电解池中气相产物量，用核磁共振氢谱检测液相产物量，生成的主要气体产物为H