[发明专利]一种电化学还原CO2制甲酸的气体扩散电极的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及应用化学-节能减排技术领域，特别是一种电化学还原CO₂制甲酸的气体扩散电极的制备方法。

背景技术

现阶段，大气中CO₂所引起的温室效应已成为全世界最关心的环保问题之一。为了减少CO₂含量，通过多种技术手段将CO₂进行回收利用是最为有效的方法。在各种处理方法中，电化学还原法因为消耗更少的能量，能在适宜的温度和大气压条件下进行反应，反应过程中可通过控制电极及反应条件实现对产物的选择性合成而具有广阔的应用前景。

CO₂电化学还原有多种产物，如一氧化碳、甲酸、甲醛、甲醇、甲烷等，反应方程式如式（1）-（5）：

CO₂+ 2H⁺+2e→CO + H₂O E = ?0.52 V   (1)

CO₂ +2H⁺+2e→HCOOH E = ?0.61 V      (2)

CO₂ +4H⁺+4e→HCHO+H₂O E = ?0.48V    (3)

CO₂+6H⁺+6e→CH₃OH+H₂O E = ?0.38 V    (4)

CO₂ + 8H⁺+8e→CH₄ +2H₂O  E =?0.24 V  (5)。

其中甲酸是一种基本化工原料，可以分解成CO₂和水，不产生污染，在制革、医药和印染等行业中的应用市场前景广阔，消费量正逐年上升。

水作为天然“质子源”和优良的导电性，是电化学还原CO₂的重点介质。水溶液中CO₂电化学还原遇到的一个主要问题是质子的干扰，使得析氢反应和CO₂还原并存发生，两者的比例直接决定着产物的构成。为了抑制析氢反应的发生，电极需选用具有高析氢过电位的金属，如Pb、Hg、Sn、In等，其中Sn相对于其它金属而言毒性低且成本低，正受到越来越多研究人员的重视。而且研究表明，在101.325kPa的水溶液中, CO₂在Sn的催化作用下会优先被还原成甲酸。然而，CO₂在水溶性电解液中的溶解度很低(0.33mol/L,标态)，有限的传质速率和浓差极化现象严重抑制了电化学还原的效率，束缚了电化学还原CO₂产甲酸的进一步发展和应用。

发明内容

本发明主要针对上述存在问题，提供一种电化学还原CO₂制甲酸的气体扩散电极的制备方法，该制备方法工艺简单、原料成本低，制得的气体扩散电极机械强度高，CO₂的电还原效率高，适于CO₂电化学还原的工程化应用。

本发明的技术方案：

一种电化学还原CO₂制甲酸的气体扩散电极的制备方法，步骤如下：

1）将粉末状导电炭黑加入无水乙醇至完全浸没并分散均匀，在室温下超声搅拌20min后逐滴加入聚四氟乙烯（PTFE）乳液，继续超声搅拌20min，将得到的混合液经80^oC水浴并搅拌至成团状物后将其辊压成膜，即为扩散层膜；

2）将60-80目的铜网经除油、酸洗、镀锡、干燥后，得到镀锡铜网集流体；

3）将扩散层膜覆盖在镀锡铜网集流体上，辊压成型后切割成直径4cm的圆，放入马弗炉中340⁰C煅烧20-30min，即可制得CO₂电化学还原气体扩散电极。

所述PTFE乳液的质量百分比浓度为60%，PTFE乳液和导电炭黑的质量比为3-4:1-2。

所述铜网除油的除油剂为丙酮，酸洗液为质量百分比浓度为10%的稀盐酸。