碳基底负载不同形貌的铜催化剂及其应用的制作方法

技术特征：
1.一种碳基底负载不同形貌的铜催化剂，其特征在于：该铜催化剂负载于碳基底上，所述铜催化剂的微观形貌为颗粒状、松塔状或花朵状。2.根据权利要求1所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂，其特征在于：所述颗粒状铜的粒径尺寸为1～2μm，松塔状铜的粒径尺寸为70～90nm，所述花朵状铜的粒径尺寸为40～60nm。3.根据权利要求1所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂，其特征在于：所述碳基底是由碳纤维构成的碳材料，如碳纸、碳布等。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂的制备方法，其特征在于：该铜催化剂是利用电沉积法制备获得，其制备方法包括如下步骤：(1)准备浓度0.05～0.2mol/l的铜盐溶液作为电解液，所述铜盐溶液为硫酸铜溶液或氯化铜溶液；(2)在碳基底上电沉积制备铜催化剂。5.根据权利要求4所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂，其特征在于：步骤(2)电沉积在单电解池的三电极体系中进行，工作电极为碳基底，对电极为铂丝、铂片或铂网，参比电极为银/氯化银、氢电极、甘汞电极或汞/氧化汞电极，使用恒压或恒流方法电沉积，沉积时间为2～20min。6.根据权利要求5所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂，其特征在于：步骤(2)中，使用恒压方法电沉积时，制备微观形貌为颗粒状的铜纳米颗粒催化剂所使用的恒定电压为0.4～0.1v
rhe
；制备微观形貌为松塔状的铜催化剂所使用的恒定电压为
‑
1.0～
‑
0.7v
rhe
；制备微观形貌为花朵状的铜催化剂所使用的恒定电压为
‑
1.5～
‑
1.2v
rhe
。7.根据权利要求1所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂的应用，其特征在于：所述铜催化剂应用于电化学固定二氧化碳与环氧化合物进行偶合的电化学催化反应中。8.根据权利要求7所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂的应用，其特征在于：该电化学催化反应在h型电解池的三电极体系中进行，环氧化合物和二氧化碳偶合成酯类化合物(五元环状碳酸酯)；所述三电极体系中，ag/agcl为参比电极在阴极池，铂片为对电极在阳极池，阴极池与阳极池之间由质子交换膜分隔开，铜催化剂和环氧化合物置于阴极池；阴极池和阳极池内均装有电解质溶液，电解质溶液组成为：电解质、助催化剂和有机溶剂；在阴极池中持续稳定的通入co2，在恒压或恒流条件下进行电化学还原。9.根据权利要求8所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂的应用，其特征在于：电化学催化反应体系中，有机溶剂为乙腈、dmf或二恶烷，电解质为氯化锌，助催化剂为四丁基溴化铵；所述环氧化合物为环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧环己烷和环氧苯乙烯中的一种或几种。10.根据权利要求8所述的碳基底负载不同形貌的铜催化剂的应用，其特征在于：所述的电沉积铜催化剂在二氧化碳与环氧化合物电偶合反应中，反应体系中电解质氯化锌浓度为0.015～0.045mol/l，助催化剂四丁基溴化铵浓度为0.045～0.135mol/l，环氧化合物的转化率为92％～95％，酯类化合物的产率为74％～80％。

技术总结
本发明公开了一种碳基底负载不同形貌的铜催化剂及其应用，属于电化学合成与催化技术领域。通过控制电沉积的电位，改变了铜离子在碳基底上的还原速度，进而影响了负载在碳基底上的铜单质的形貌和化学状态。其中微观形貌为松塔状的铜作为催化剂对于电化学固定二氧化碳与环氧化合物进行电化学偶合反应具有优异的催化性能，有效提升了其目标产物环状酯类化合物的选择性及产率，同时该催化剂具有较高的稳定性，并且制备方便、成本低廉，有利于大规模生产。生产。


技术研发人员：齐伟 齐珂 卢星宇 王云凤
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2021/12/14