[发明专利]一种电化学还原CO2制取液体燃料的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学还原CO₂制取液体燃料的催化剂及其制备方法，特别涉及一种贵金属结合的催化剂及其制备方法和应用，属于电化学和环境技术领域。

背景技术

众多的研究已经证实，全球变暖已经是“毫无争议”的事实。CO₂是重要的温室气体之一，温室效应造成全球变暖、海平面升高、干旱水灾频发、极端气候等一系列的气候灾难，严重威胁着人类和其他动植物的生存。早在二十世纪初人们就开始研究二氧化碳的利用技术，却因为CO₂化学性质稳定，常被看作是惰性物质，需采用高温、高压或催化剂才能使其发生化学反应，因此CO₂再利用技术进展缓慢。

因此，发展CO₂化学的研究工作关键是设法使其活化，目前主要采用催化加氢、电化学还原、光电化学还原等方法。因此电化学方法可以很好地避免热化学高温高压的缺点，在常温常压下能获得较好的转化率，通过改变电位还可控制反应速度及产物的分布。因此，电化学还原方法相对其他还原方法将具有更好的应用前景。其中电化学还原法是克服CO₂/CO₂^-的高氧化还原电位的有效方法之一。对于CO₂的电化学还原，很多文献已经有报道。CO₂的还原产物并不是惟一的，它可以得到不同的碳一化合物，如CO、甲酸、甲醛、甲醇和甲烷。在化石燃料大量消耗，能源危机日益加剧的今天，由CO₂还原获取燃料及化学品具有十分重要的意义和美好的应用前景。同时也可以提供一项崭新而有实用价值的温室气体CO₂回收利用技术。因此研究室温下的CO₂电化学还原，将其转化为液体燃料具有十分重要的意义。

目前已有电催化还原CO₂催化剂的制备的专利。例如施锦等在专利201110078394.9公开了电化学催化还原CO₂制备甲酸的方法，此发明中的所选用金属阴极不固定，没有良好的选择性和专一性，造价成本较高；其次电解液成分复杂，采用的有机溶剂毒性较大且污染环境。

王云海等在专利201010266161.7公开了一种能通过电化学还原CO₂制取甲醇的空气扩散电极的制备方法。该方法包括在亲水性导电的炭布上涂覆聚四氟乙烯憎水透气层，然后在该炭布上再沉积一层活性催化剂。活性催化剂层的成分主要包括氧化铜、氧化钉以及氧化铜和其它金属氧化物的复合物或者氧化钉和其它金属氧化物的复合物。该催化剂的成分复杂，其制备方法涉及到高温焙烧和电镀法，工艺程序繁琐等。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种电化学还原CO₂制取液体燃料的催化剂及其制备方法，本发明制备的催化剂作为电化学阴极的催化剂使用时，不仅能将高度稳定的CO₂还原为甲醇、甲酸、乙酸等液体燃料，而且催化转化效率高，为温室气体CO₂有效地利用提供了一种新的方法。

实现本发明的目的，本发明一方面提供一种把催化剂的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)对石墨进行氧化预处理，制得氧化石墨；

2)将氯化钯溶液、氢氧化钠溶液、硼氢化钠依次加入氧化石墨溶液，进行氧化还原反应，反应后还原态钯负载于石墨烯上即可。

其中，步骤1)所述的氧化过程按照下述步骤进行：首先将石墨浸没于冰水浴的浓酸中进行反应，后进行放热恒温阶段反应，最后将其反应物升温加热进行反应。

其中，冰水浴反应，反应时间控制为1-2h；放热恒温反应温度保持为30-40℃，反应时间为1-3h；加热升温反应阶段的温度为90-100°C，反应时间为15-40min。

其中，所述的浓酸是质量分数为60-98％的浓硫酸。

特别是，放热恒温阶段保持最佳温度为35°C，时间优选为2h；加热升温反应阶段，反应温度优选为90-100℃，优选时间为30min。

特别是，放热恒温阶段加入的去离子水体积和石墨重量之比为30-60∶1。

特别是，包括将氧化后的石墨进行过滤、洗涤，并将滤渣烘干。

其中，滤渣烘干温度为50-90℃，优选为60℃。

特别是，所述石墨重量与硫酸溶液体积的比例为1∶10-100，优选为1∶50。