CN106180747B - 一种钯铜二元合金纳米材料、其制备方法及其作为催化剂电催化还原co2的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钯铜二元合金纳米材料，其粒径平均范围在3~5纳米，其粒径分布为小于10纳米；该钯铜二元合金纳米材料的制备方法如下：取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液，加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后加入硼氢化钠溶液，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述钯铜二元合金纳米材料。本发明设计了钯铜二元合金纳米材料，其可以作为催化剂用于电催化还原CO2；使用该催化剂可以高效地将CO2转化为甲酸及天然气（包括甲烷、一氧化碳、氢气及少量的乙烷、乙烯等碳氢化合物），方法简便，成本低廉，效果明显；将CO2转化为具有高附加值的化学品，显然，这对于环境保护和资源利用都具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种钯铜二元合金纳米材料、其制备方法及其作为催化剂电催化还原CO2的应用。
背景技术
二氧化碳作为温室气体的主要成分，对环境的影响一直受各国政府的重视。目前，煤炭是我国使用最广泛的一次能源，如何科学控制二氧化碳的排放成为可持续发展的重要保证。同时，经济的增长急需有可再生能源的补给，二氧化碳作为廉价丰富的原料有着令人瞩目的发展前景。近年来，随着气候变暖及能源危机的日益加剧，CO2的捕集及转化已引起国际社会的广泛关注，已成为各界关注和研究的热点。
利用电化学还原方法对二氧化碳（CO2）进行还原再利用具有许多优点，其反应可在常温常压条件下进行；反应过程具有可控性；电解质可回收，不会造成二次污染。而且还原CO2时所使用的电能可以利用新能源发电，所以能源具有清洁性。因此利用电催化还原的方法将CO2转化成可利用的能源小分子，不仅能缓解全球气候变暖的问题，还能减少人类对化石燃料的依赖。
然而，现有技术中，CO2电催化还原技术尚存在诸多不足：CO2还原反应动力学性能较差、反应的过电位较大、对电能的利用率较低、工作电极的稳定性不够等等。
因此，获得高催化活性，同时具有较高的选择性和稳定性的新型催化剂，是CO2电催化还原技术发展的关键。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种钯铜二元合金纳米材料、其制备方法及其作为催化剂电催化还原CO2的应用。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种钯铜二元合金纳米材料，其粒径平均范围在3~5纳米，其粒径分布为小于10纳米；该钯铜二元合金纳米材料的制备方法如下：
取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液，加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后加入硼氢化钠溶液，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述钯铜二元合金纳米材料。
上文中，所述钯铜二元合金纳米材料是属于一种碳载型的Pd-Cu合金纳米材料，采用水相的硼氢化钠法合成。
上述技术方案中，所述氯钯酸钠溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，所述氯化铜溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，氯钯酸钠和氯化铜的摩尔比为1：1~2。
上述技术方案中，所述高纯水为高纯三次水。
上述技术方案中，所述充分混合均匀的方式为：先用超声处理20~40分钟，然后搅拌至少3小时。
上述技术方案中，所述氯钯酸钠、氯化铜和硼氢化钠三者的摩尔比为1：1~2：1~3。
本发明同时请求保护一种钯铜二元合金纳米材料的制备方法，取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液，加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后加入硼氢化钠溶液，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述钯铜二元合金纳米材料。
上述技术方案中，所述氯钯酸钠溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，所述氯化铜溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，氯钯酸钠和氯化铜的摩尔比为1：1~2。
上述技术方案中，所述高纯水为高纯三次水。
上述技术方案中，所述充分混合均匀的方式为：先用超声处理20~40分钟，然后搅拌至少3小时。
上述技术方案中，所述氯钯酸钠、氯化铜和硼氢化钠三者的摩尔比为1：1~2：1~3。
本发明同时请求保护一种钯铜二元合金纳米材料作为催化剂用于电催化还原CO2的应用。使用该催化剂可以高效地将CO2转化为甲酸及天然气（包括甲烷、一氧化碳、氢气及少量的乙烷、乙烯等碳氢化合物），方法简便，成本低廉，效果明显。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明设计了钯铜二元合金纳米材料，其可以作为催化剂用于电催化还原CO2；使用该催化剂可以高效地将CO2转化为甲酸及天然气（包括甲烷、一氧化碳、氢气及少量的乙烷、乙烯等碳氢化合物），方法简便，成本低廉，效果明显；将CO2转化为具有高附加值的化学品，显然，这对于环境保护和资源利用都具有重要的现实意义；
2．本发明的钯铜二元合金纳米材料用于二氧化碳还原的电催化剂时，转化效果好，对甲酸和甲烷的转化效率高，且可以在水相、常温、常压条件下完成转换，具有非常高的实际应用价值；本申请的钯铜二元合金催化剂对甲酸和甲烷的合并转化效率最高可达70%以上，取得了意想不到技术效果；
3．本发明的制备方法简单，易于实现，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一中钯铜二元合金纳米材料的TEM图。
图2是本发明实施例一中钯铜二元合金纳米材料作为催化剂的能谱图。
图3是本发明实施例一中钯铜二元合金纳米材料作为催化剂XRD图。
图4是本发明实施例一中钯铜二元合金纳米材料作为催化剂对CO2的还原的产物的气相色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种钯铜二元合金纳米材料的制备方法，采用硼氢化钠还原的方法，具体操作步骤如下：取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液（两者的摩尔比为1:1），加入100 mg活性炭，加入少量高纯三次水，超声30分钟，然后搅拌4小时，加入10毫升硼氢化钠溶液，冰水浴反应1小时，用高纯水洗涤，置于50℃真空干燥12小时，即制得所述的纳米钯铜材料。
图1是本发明实施例一中钯铜二元合金纳米材料的TEM图，从图中可以看出，该钯铜二元合金纳米材料的粒径平均范围在3~5纳米，其粒径分布为小于10纳米。
图2是钯铜二元合金纳米材料作为催化剂的能谱图。图3是钯铜二元合金纳米材料作为催化剂XRD图。
然后将上述制得的钯铜二元合金纳米材料作为催化剂用于电催化还原CO2；参见图4，为还原的产物的气相色谱图，由图可见，本发明的钯铜二元合金纳米材料用于二氧化碳还原的电催化剂时，对甲酸和甲烷的转化效率高，对甲酸和甲烷的合并转化效率最高可达70%以上，取得了意想不到技术效果。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不能依此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种钯铜二元合金纳米材料，其特征在于：其粒径平均范围在3~5纳米，其粒径分布为小于10纳米；
该钯铜二元合金纳米材料的制备方法如下：
取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液，加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后加入硼氢化钠溶液，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述钯铜二元合金纳米材料；
所述氯钯酸钠、氯化铜和硼氢化钠三者的摩尔比为1：1~2：1~3；
所述氯钯酸钠溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，所述氯化铜溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，氯钯酸钠和氯化铜的摩尔比为1：1~2；
所述高纯水为高纯三次水；
所述充分混合均匀的方式为：先用超声处理20~40分钟，然后搅拌至少3小时。
2.一种钯铜二元合金纳米材料的制备方法，其特征在于：取氯钯酸钠溶液和氯化铜溶液，加入活性炭，加入高纯水，充分混合均匀后加入硼氢化钠溶液，冰水浴反应，反应完成后，洗涤、干燥，即可得到所述钯铜二元合金纳米材料；
所述氯钯酸钠溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，所述氯化铜溶液的摩尔浓度为1~2 mol/L，氯钯酸钠和氯化铜的摩尔比为1：1~2；
所述充分混合均匀的方式为：先用超声处理20~40分钟，然后搅拌至少3小时；
所述氯钯酸钠、氯化铜和硼氢化钠三者的摩尔比为1：1~2：1~3。
3.一种如权利要求1所述的钯铜二元合金纳米材料作为催化剂用于电催化还原CO2的应用；该催化剂将CO2转化为甲酸及天然气。
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