阅读说明：本技术 一种纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制备方法 (Electrocatalysis with nano-wire structure and carbon dioxide reduction function and preparation method thereof ) 是由 常方方 刘永鹏 苗瑞芳 杨林 白正宇 张庆 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制备方法,其具体步骤为：将氯金酸、二水氯化铜和葡萄糖溶于水中并搅拌混合均匀得到溶液A；将油胺溶于水中并搅拌混合均匀得到溶液B；在室温条件下将溶液A加入到溶液B中超声30min,再在室温下搅拌混合均匀,将搅拌得到的悬浮液转移至衬有聚四氟乙烯的高压反应釜中并于120℃密封反应,然后在10000rpm下分别用乙醇和去离子水离心洗涤得到二氧化碳还原功能电催化剂。本发明合成的Au-Cu纳米线结构具有优异的电催化CO-2还原性能,其合成方法操作简单、反应效率高且能耗低。(The invention discloses an electrocatalyst with an electrocatalytic carbon dioxide reduction function and a preparation method thereof, wherein the electrocatalyst has a nanowire structure and comprises the following specific steps: dissolving chloroauric acid, copper chloride dihydrate and glucose in water, and stirring and mixing uniformly to obtain a solution A; dissolving oleylamine in water, and stirring and mixing uniformly to obtain a solution B; adding the solution A into the solution B at room temperature, performing ultrasonic treatment for 30min, stirring and mixing uniformly at room temperature, transferring the suspension obtained by stirring into a high-pressure reaction kettle lined with polytetrafluoroethylene, performing sealed reaction at 120 ℃, and then performing centrifugal washing with ethanol and deionized water respectively at 10000rpm to obtain the carbon dioxide reduction function electrocatalyst. Au-Cu nanowire junction synthesized by the inventionHas excellent electrocatalytic CO 2 The synthetic method has simple operation, high reaction efficiency and low energy consumption.)

一种纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制 备方法

技术领域

本发明属于电催化二氧化碳还原

技术领域

，具体涉及一种纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制备方法。

背景技术

化石燃料燃烧排放的过量CO₂造成了严重的全球环境问题，如温室效应，森林火灾和冰山融化等。催化还原CO₂使其转化为一系列有价值的产物是缓解大气中过量CO₂的途径之一。二氧化碳还原反应可以通过热催化、光催化、电催化或生物催化进行，但其中由于电催化CO₂反应较之其他催化方式具有条件温和、反应装置简单易操作以及成本较低等优点，受到越来越多科研人员的关注。理想的CO₂RR电催化剂具有优异的活性、高选择性和稳定性等特点，最重要的是能抑制析氢反应的进行，从而实现高效和高选择性的催化还原CO₂。因此，开发一种高效的电催化剂成为电催化CO₂还原催化剂合成

技术领域

有待解决的重要问题之一。

最近，已经有研究发现合金纳米材料是有效提高CO₂电催化还原的催化活性和选择性的方法之一。其中Au-Cu纳米合金催化剂除了更有利于引导CO₂转化为目标产物并抑制副反应之外，同时较之单一贵金属催化剂也更为经济适用。Au-Cu纳米线具有大的比表面积以及量子限域效应，能与电解液有更好的接触，具有良好的CO₂RR活性。而且，相比Au、Cu等单金属，Au基合金具有更高的法拉第效率。

贵金属纳米催化剂被广泛应用于当代有机化学、精细化学和燃料电池等许多重要领域中。但是贵金属的价格和稀有储备限制了其在实际中的应用。为了解决这些问题，大量研究集中于降低贵金属的使用量以及提高贵金属的利用率等问题上。贵金属与非贵金属的合金化是降低贵金属的负载量的途径之一并且可以显著提高催化剂的催化活性和选择性。如Au、Pt、Ag、Pd及其合金的催化性能优异，可作为高效催化剂使用。金属纳米线由于其独特的电学、光学及催化性能而备受关注。且与块状材料相比较，一维纳米线材料在性能上要更好。由于一维纳米线材料的比表面积大以及量子限域效应，具有独特的电学、热学、机械学以及光学性质。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，纳米线结构的电催化二氧化碳还原功能电催化剂及其制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将氯金酸、二水氯化铜和葡萄糖溶于水中并搅拌混合均匀得到溶液A；

步骤S2：将油胺溶于水中并搅拌混合均匀得到溶液B；

步骤S3：在室温条件下将溶液A加入到溶液B中超声30min，再在室温下搅拌混合均匀，将搅拌得到的悬浮液转移至衬有聚四氟乙烯的高压反应釜中并于120℃密封反应，然后在10000rpm下分别用乙醇和去离子水离心洗涤得到二氧化碳还原功能电催化剂，该二氧化碳还原功能电催化剂为均匀直径纳米线结构，其平均直径在20-30nm之间。

进一步限定，步骤S1中所述氯金酸与二水氯化铜的投料摩尔比为1:1。

进一步限定，步骤S3中密封反应时间为12h。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明合成的Au-Cu纳米线结构具有优异的电催化CO₂还原性能，其合成方法操作简单、反应效率高且能耗低。

2.本发明中Au-Cu电催化剂为均匀直径纳米线结构，具有较大的比表面积及量子限域效应，能与电解液有更好的接触，具有优异的CO₂RR活性，可以有效提高催化剂的电催化活性。

3.本发明中以葡萄糖作为还原剂，油胺作为导向剂，形成Au-Cu纳米线。

4.本发明合成的纳米线结构的Au-Cu电催化CO₂ 还原催化剂不仅可以提高其稳定性，防止发生团聚，而且Au-Cu的催化活性均比纯Au或纯Cu高，这应该归功于不同金属之间的电子效应和协同效应。因此，在电催化还原催化剂技术中有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的Au₂₅Cu₇₅纳米线的TEM图；

图2是本发明实施例2制得的Au₅₀Cu₅₀纳米线的TEM图；

图3是本发明实施例3制得的Au₇₅Cu₂₅纳米线的TEM图；

图4是本发明实施例1、实施例2和实施例3制得的产物电化学性能测试图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将二水氯化铜(11.625 mg)、氯金酸(9.37 mg)及葡萄糖(15.8 mg)添加到5 mL水中并均匀混合，以获得均匀的溶液A。将160 μL 油胺溶于3 mL水中，混合均匀，得到溶液B。在室温条件下，将溶液A加入溶液B中超声30 min，之后搅拌一夜。将搅拌得到的悬浮液转移到25 mL衬有聚四氟乙烯的高压釜中，并将高压釜在120℃密封反应12 h。之后，在10000rpm下分别用一定体积的乙醇和去离子水离心三至四遍，得到Au-Cu纳米线，并将其分散在乙醇中以备将来使用。

将Au-Cu纳米线负载在碳上以制备Au₂₅Cu₇₅ NWs /C催化剂，然后将其活化。简而言之，通过超声处理将Vulcan XC-72碳分散在乙醇中，并通过搅拌将4 mg的Au₂₅Cu₇₅ NWs添加到碳悬浮液中。将混合液超声均匀后涂在碳纸电极表面，采用H型电解池系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图4所示。

实施例2

将二水氯化铜(7.75 mg)、氯金酸(18.74 mg)及葡萄糖(15.8 mg)添加到5 mL水中并均匀混合，以获得均匀的溶液A。将160 μL油胺溶于3 mL水中，混合均匀，得到溶液B。在室温条件下，将溶液A加入溶液B中超声30 min，之后搅拌一夜。将搅拌得到的悬浮液转移到25mL衬有聚四氟乙烯的高压釜中，并将高压釜在120℃密封反应12 h。之后，在10000 rpm下分别用一定体积的乙醇和去离子水离心三至四遍，得到Au-Cu纳米线，并将其分散在乙醇中以备将来使用。

将Au-Cu纳米线负载在碳上制备Au₅₀Cu₅₀ NWs/C催化剂，然后将其活化。简而言之，通过超声处理将Vulcan XC-72碳分散在乙醇中，并通过搅拌将4 mg 的Au₅₀Cu₅₀ NWs添加到碳悬浮液中。将混合液超声均匀后涂在碳纸电极表面，采用H型电解池系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图4所示

实施例3

将二水氯化铜(3.875 mg)、氯金酸(28.11 mg)及葡萄糖(15.8 mg)添加到5 mL水中并均匀混合，以获得均匀的溶液A。将160 μL 油胺溶于3 mL水中，混合均匀，得到溶液B。在室温条件下，将溶液A加入溶液B中超声30 min，之后搅拌一夜。将搅拌得到的悬浮液转移到25 mL衬有聚四氟乙烯的高压釜中，并将高压釜在120℃密封反应12 h。之后，在10000rpm下分别用一定体积的乙醇和去离子水离心三至四遍，得到Au-Cu纳米线，并将其分散在乙醇中以备将来使用。

将Au-Cu纳米线负载在碳上制备Au₇₅Cu₂₅ NWs/C催化剂，然后将其活化。简而言之，通过超声处理将Vulcan XC-72碳分散在乙醇中，并通过搅拌将4 mg的Au₇₅Cu₂₅ NWs添加到碳悬浮液中。将混合液超声均匀后涂在碳纸电极表面，采用H型电解池系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图4所示

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。