一种铜纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115928129A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211545069.3(22)申请日2022.11.21(71)申请人电子科技大学长三角研究院（湖州）地址313000浙江省湖州市西塞山路819号南太湖科技创新综合体B2幢8层(72)发明人夏川江秋李成博(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师郭美(51)Int.Cl.C25B11/089(2021.01)C25B11/065(2021.01)C25B1/27(2021.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种铜纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法及其应用，铜金属纳米催化剂呈现为分散的颗粒状，其制备包括如下步骤：将铜盐、油胺与油酸在氮气或其他惰性氛围下20～60摄氏度加热搅拌均匀混合后，以一定速率升温到160～220摄氏度充分反应2～4小时，得到铜颗粒与其他反应产物的混合物，经冷却，离心，洗涤，干燥后得到纳米结构的铜颗粒。本发明所得铜纳米颗粒催化剂可应用于一氧化氮还原产氨的电催化反应中，通过催化剂铜的结构设计，制备得催化剂铜的纳米尺寸增大了电极比表面积，并促进一氧化氮和氨气的扩散，实现一氧化氮到氨气的高催化速率以及单一选择性。CN115928129ACN115928129A权利要求书1/1页1.一种铜纳米颗粒催化剂，其特征在于，所述铜纳米颗粒催化剂呈分散颗粒状，颗粒尺寸大小为20～80纳米。2.一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将铜盐、油胺、油酸混合后，在氮气或惰性气氛下20～60摄氏度加热搅拌20～40分钟，均匀混合；步骤2：将混合溶液在氮气或惰性气氛下以一定速率升温到160～220摄氏度，并在磁力搅拌下充分反应2～4小时，得到铜颗粒与其他反应产物的混合溶液；步骤3：将混合溶液静置冷却后，加入溶剂，离心，洗涤，干燥后得到纳米结构的铜颗粒；步骤4：纳米结构的铜颗粒中加入溶剂和全氟磺酸基聚合物溶液，将混合溶液超声，用喷枪将溶液均匀喷在碳材料上，干燥后得到碳材料为基底的铜纳米颗粒催化剂。3.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述铜盐包括但不限于醋酸铜、硫酸铜、乙酰丙酮酸铜、碳酸铜和碱式碳酸铜中的一种或多种，铜盐、油胺、油酸的摩尔比为1：(120～140)：(12～14)，采用磁力搅拌，速率为500～700转每分钟。4.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中升温速率为1～4摄氏度每分钟，磁力搅拌速率为500～700转每分钟。5.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中所加溶剂为正己烷、环己烷、正戊烷和苯中的一种或多种，混合溶液与溶剂的体积比为1：3。6.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中离心次数为2～6次，离心转速为8000～12000转每分钟，离心时间为6～10分钟。7.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中碳材料为碳布或碳纸。8.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种，纳米结构的铜颗粒与溶剂的质量比为1：(50～70)，全氟磺酸基聚合物溶液与溶剂的体积比为1：(20～40)。9.根据权利要求2所述的一种铜纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中超声时间为20～60分钟，温度为室温；喷枪喷涂时的温度为60～100摄氏度；干燥条件为20～50摄氏度下真空干燥8～10小时。10.根据权利要求1所述的一种铜纳米颗粒催化剂或权利要求2‑9任一所述方法得到的铜纳米颗粒催化剂的应用，其特征在于，所述铜纳米颗粒催化剂应用于一氧化氮电催化还原反应。2CN115928129A说明书1/6页一种铜纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于金属催化剂技术领域，提出了一种铜纳米颗粒催化剂及其制备方法、应用。背景技术[0002]在工业合成氨领域中，传统的Haber‑Bosch法一直占据主导地位，但是该方法需要在高温高压的条件下运行，整个过程消耗了大量的能源，并排放了大量的二氧化碳，因此开发绿色、低能耗的可持续合成氨工艺具有重要的意义。电催化合成氨工艺具有绿色、节能、无碳、可持续等优点，但是，现阶段的研究热点主要聚焦于以氮气为氮源的体系，由于惰性氮气分子的质子亲和力差，且分子没有偶极矩，极化率很低，具有很高的解离能，很难被活化裂解，导致氮气的氢化反应在动力学上难以进行。此外，氢气析出反应在动力学上往往占据优势，