氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用

本发明属于电化学催化剂，具体涉及一种氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用。

背景技术：

1、人类社会发展消耗了大量化石能源，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳是全球变暖的主要原因，这对人类的生存和发展构成了威胁。利用清洁可再生的电能将二氧化碳电化学还原为化学品或燃料加以利用不仅可解决目前面临的能源危机，而且可以降低大气中的二氧化碳浓度。在二氧化碳还原的众多产物中，液态产物，如甲酸、乙醇等因具有高能量密度和工业相关性等优势，而受到研究者们广泛关注。

2、至今为止，铜是唯一一种可以将二氧化碳同时还原为甲酸和乙醇的单金属催化剂。但是在铜基催化剂电化学还原二氧化碳为碳氢化合物（如乙醇）的应用中，普遍存在过电位偏高、电解水析氢的竞争反应、还原产物种类多选择性差等问题。此外，对乙醇等多碳产物来说，关键反应步骤——碳碳偶联所需能量较高，同一反应步骤可产生多种还原产物，严重阻碍生成单一目标产物的活性。在诸多铜基催化剂中，氧化亚铜被认为是二氧化碳还原为多碳产物的良好催化剂。前人的研究指出氧化亚铜可以促进二氧化碳活化，并且抑制析氢竞争反应。此外，cu+可以降低碳碳偶联的反应能垒，促进多碳产物的生成。然而，在氧化亚铜在长时间的电解过程中容易被还原为金属铜，并且由于结构坍塌导致反应活性迅速下降。因此，亟需寻找合适的策略提高氧化亚铜的稳定性，同时提高其对二氧化碳还原的活性和特定产物选择性。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，通过特定形貌和氧空位含量的氧化亚铜，可将二氧化碳高效还原为乙醇和甲酸两种特定的液体产物，并且通过调节反应电压和电解槽类型可进一步有效调节产物比例。

2、技术方案：氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，所述氧化亚铜为催化剂，其微观形貌为立方体形状、十四面体形状或花瓣形。

3、优选的，所述氧化亚铜表面具有不同含量的氧空位缺陷。

4、优选的，所述氧化亚铜通过以下方法制备：将铜盐溶液加入聚乙烯吡咯烷酮中，再加入氢氧化钠溶液搅拌，然后滴加抗坏血酸溶液继续搅拌，最后经过离心、洗涤和烘干得到所述氧化亚铜；其中，铜盐与聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.0015mol：（0.5~4）g。

5、进一步的，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜或乙酸铜。

6、进一步的，铜盐、氢氧化钠、抗坏血酸的摩尔比为15：9：25。

7、进一步的，烘干温度为60~80℃。

8、优选的，通过调节电化学反应的电压和电解槽的类型来调节乙醇和甲酸的产量比例。

9、进一步的，所述电压为-0.5 ~ -1.1 v vs. rhe。

10、进一步的，所述电解槽的类型为h型或流动型。

11、有益效果：本发明通过调节聚乙烯吡咯烷酮的用量，可以有效调节氧化亚铜的形貌和氧空位含量。将该氧化亚铜作为催化剂用于电化学还原二氧化碳，具有稳定性高、电解作用时间长的特点，可将二氧化碳高效还原为乙醇和甲酸两种特定的液体产物，并且通过调节反应电压和电解槽类型可进一步有效调节产物比例。

技术特征：

1.氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述氧化亚铜为催化剂，其微观形貌为立方体形状、十四面体形状或花瓣形。

2.根据权利要求1所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述氧化亚铜表面具有不同含量的氧空位缺陷。

3.根据权利要求1所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述氧化亚铜通过以下方法制备：将铜盐溶液加入聚乙烯吡咯烷酮中，再加入氢氧化钠溶液搅拌，然后滴加抗坏血酸溶液继续搅拌，最后经过离心、洗涤和烘干得到所述氧化亚铜；其中，铜盐与聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.0015mol：（0.5~4）g。

4.根据权利要求3所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜或乙酸铜。

5.根据权利要求3所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，铜盐、氢氧化钠、抗坏血酸的摩尔比为15：9：25。

6.根据权利要求3所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，烘干温度为60~80℃。

7.根据权利要求1所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，通过调节电化学反应的电压和电解槽的类型来调节乙醇和甲酸的产量比例。

8.根据权利要求7所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述电压为-0.5 ~ -1.1 v vs. rhe。

9.根据权利要求7所述的氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，其特征在于，所述电解槽的类型为h型或流动型。

技术总结
本发明公开了氧化亚铜在选择性电化学还原二氧化碳为乙醇和甲酸反应中的应用，所述氧化亚铜为催化剂，其微观形貌为立方体形状、十四面体形状或花瓣形。本发明通过调节聚乙烯吡咯烷酮的用量，可以有效调节氧化亚铜的形貌和氧空位含量。将该氧化亚铜作为催化剂用于电化学还原二氧化碳，具有稳定性高、电解作用时间长的特点，可将二氧化碳高效还原为乙醇和甲酸两种特定的液体产物，并且通过调节反应电压和电解槽类型可进一步有效调节产物比例。

技术研发人员：杨方麒
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11