本發(fā)明涉及一種鈀銅二元合金納米材料、其制備方法及其作為催化劑電催化還原CO₂的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

二氧化碳作為溫室氣體的主要成分，對環(huán)境的影響一直受各國政府的重視。目前，煤炭是我國使用最廣泛的一次能源，如何科學(xué)控制二氧化碳的排放成為可持續(xù)發(fā)展的重要保證。同時，經(jīng)濟的增長急需有可再生能源的補給，二氧化碳作為廉價豐富的原料有著令人矚目的發(fā)展前景。近年來，隨著氣候變暖及能源危機的日益加劇，CO₂的捕集及轉(zhuǎn)化已引起國際社會的廣泛關(guān)注，已成為各界關(guān)注和研究的熱點。

利用電化學(xué)還原方法對二氧化碳（CO₂）進行還原再利用具有許多優(yōu)點，其反應(yīng)可在常溫常壓條件下進行；反應(yīng)過程具有可控性；電解質(zhì)可回收，不會造成二次污染。而且還原CO₂時所使用的電能可以利用新能源發(fā)電，所以能源具有清潔性。因此利用電催化還原的方法將CO₂轉(zhuǎn)化成可利用的能源小分子，不僅能緩解全球氣候變暖的問題，還能減少人類對化石燃料的依賴。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中，CO₂電催化還原技術(shù)尚存在諸多不足：CO₂還原反應(yīng)動力學(xué)性能較差、反應(yīng)的過電位較大、對電能的利用率較低、工作電極的穩(wěn)定性不夠等等。

因此，獲得高催化活性，同時具有較高的選擇性和穩(wěn)定性的新型催化劑，是CO₂電催化還原技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種鈀銅二元合金納米材料、其制備方法及其作為催化劑電催化還原CO₂的應(yīng)用。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鈀銅二元合金納米材料，其粒徑平均范圍在3~5納米，其粒徑分布為小于10納米；該鈀銅二元合金納米材料的制備方法如下：

取氯鈀酸鈉溶液和氯化銅溶液，加入活性炭，加入高純水，充分混合均勻后加入硼氫化鈉溶液，冰水浴反應(yīng)，反應(yīng)完成后，洗滌、干燥，即可得到所述鈀銅二元合金納米材料。

上文中，所述鈀銅二元合金納米材料是屬于一種碳載型的Pd-Cu合金納米材料，采用水相的硼氫化鈉法合成。

上述技術(shù)方案中，所述氯鈀酸鈉溶液的摩爾濃度為1~2 mol/L，所述氯化銅溶液的摩爾濃度為1~2 mol/L，氯鈀酸鈉和氯化銅的摩爾比為1：1~2。

上述技術(shù)方案中，所述高純水為高純?nèi)嗡?/p>

上述技術(shù)方案中，所述充分混合均勻的方式為：先用超聲處理20~40分鐘，然后攪拌至少3小時。

上述技術(shù)方案中，所述氯鈀酸鈉、氯化銅和硼氫化鈉三者的摩爾比為1：1~2：1~3。

本發(fā)明同時請求保護一種鈀銅二元合金納米材料的制備方法，取氯鈀酸鈉溶液和氯化銅溶液，加入活性炭，加入高純水，充分混合均勻后加入硼氫化鈉溶液，冰水浴反應(yīng)，反應(yīng)完成后，洗滌、干燥，即可得到所述鈀銅二元合金納米材料。

上述技術(shù)方案中，所述氯鈀酸鈉溶液的摩爾濃度為1~2 mol/L，所述氯化銅溶液的摩爾濃度為1~2 mol/L，氯鈀酸鈉和氯化銅的摩爾比為1：1~2。

上述技術(shù)方案中，所述高純水為高純?nèi)嗡?/p>

上述技術(shù)方案中，所述充分混合均勻的方式為：先用超聲處理20~40分鐘，然后攪拌至少3小時。

上述技術(shù)方案中，所述氯鈀酸鈉、氯化銅和硼氫化鈉三者的摩爾比為1：1~2：1~3。

本發(fā)明同時請求保護一種鈀銅二元合金納米材料作為催化劑用于電催化還原CO₂的應(yīng)用。使用該催化劑可以高效地將CO₂轉(zhuǎn)化為甲酸及天然氣（包括甲烷、一氧化碳、氫氣及少量的乙烷、乙烯等碳氫化合物），方法簡便，成本低廉，效果明顯。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

1．本發(fā)明設(shè)計了鈀銅二元合金納米材料，其可以作為催化劑用于電催化還原CO₂；使用該催化劑可以高效地將CO₂轉(zhuǎn)化為甲酸及天然氣（包括甲烷、一氧化碳、氫氣及少量的乙烷、乙烯等碳氫化合物），方法簡便，成本低廉，效果明顯；將CO₂轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化學(xué)品，顯然，這對于環(huán)境保護和資源利用都具有重要的現(xiàn)實意義；

2．本發(fā)明的鈀銅二元合金納米材料用于二氧化碳還原的電催化劑時，轉(zhuǎn)化效果好，對甲酸和甲烷的轉(zhuǎn)化效率高，且可以在水相、常溫、常壓條件下完成轉(zhuǎn)換，具有非常高的實際應(yīng)用價值；本申請的鈀銅二元合金催化劑對甲酸和甲烷的合并轉(zhuǎn)化效率最高可達70%以上，取得了意想不到技術(shù)效果；

3．本發(fā)明的制備方法簡單，易于實現(xiàn)，適于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一中鈀銅二元合金納米材料的TEM圖。

圖2是本發(fā)明實施例一中鈀銅二元合金納米材料作為催化劑的能譜圖。

圖3是本發(fā)明實施例一中鈀銅二元合金納米材料作為催化劑XRD圖。

圖4是本發(fā)明實施例一中鈀銅二元合金納米材料作為催化劑對CO₂的還原的產(chǎn)物的氣相色譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述：

實施例一

一種鈀銅二元合金納米材料的制備方法，采用硼氫化鈉還原的方法，具體操作步驟如下：取氯鈀酸鈉溶液和氯化銅溶液（兩者的摩爾比為1:1），加入100 mg活性炭，加入少量高純?nèi)嗡?，超?0分鐘，然后攪拌4小時，加入10毫升硼氫化鈉溶液，冰水浴反應(yīng)1小時，用高純水洗滌，置于50℃真空干燥12小時，即制得所述的納米鈀銅材料。

圖1是本發(fā)明實施例一中鈀銅二元合金納米材料的TEM圖，從圖中可以看出，該鈀銅二元合金納米材料的粒徑平均范圍在3~5納米，其粒徑分布為小于10納米。

圖2是鈀銅二元合金納米材料作為催化劑的能譜圖。圖3是鈀銅二元合金納米材料作為催化劑XRD圖。

然后將上述制得的鈀銅二元合金納米材料作為催化劑用于電催化還原CO₂；參見圖4，為還原的產(chǎn)物的氣相色譜圖，由圖可見，本發(fā)明的鈀銅二元合金納米材料用于二氧化碳還原的電催化劑時，對甲酸和甲烷的轉(zhuǎn)化效率高，對甲酸和甲烷的合并轉(zhuǎn)化效率最高可達70%以上，取得了意想不到技術(shù)效果。

上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不能依此來限定本發(fā)明保護的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做的任何非實質(zhì)性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。