[发明专利]一种电催化还原二氧化碳生成比例可控合成气的阴极材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种电催化还原二氧化碳生成比例可控合成气的阴极材料及制备方法和应用，所述的制备方法包括以下步骤：a)将h62黄铜片在流动空气浴中加热煅烧；b)冷却后，在电解质中电化学还原煅烧后的黄铜片，最终获得所述阴极材料。本发明简单易操作，通过处理条件的改变以形成不同的催化表面，调控催化生成CO和H₂性能，从而实现对CO和H₂组成的合成气的比例调控。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学还原领域，具体涉及一种电催化还原二氧化碳生成比例可控合成气的阴极材料及制备方法和应用。

背景技术

电化学还原CO₂（CO₂ER）技术将化学性能稳定的CO₂采用电化学的方法强制催化还原为CO、HCOOH、醇类等小分子能源物质，是CO₂资源化的一种重要途径，其中阴极催化剂材料的研究是该方法的重点。

目前已经后很多关于CO₂ER阴极材料的研究报道，大多集中在通过组分调控和改变处理方法以构筑独特微观形貌的催化活性界面，从而达到CO₂ER的高产物选择性和高能量效率。

然而，电极催化剂的性能、成本以及后续的产物分离却是制约CO₂ER的实际应用的主要因素。

发明内容

针对上述CO₂ER的实际应用面临的主要制约因素，本发明从廉价材料的选择、催化性能调控和产物免分离直接利用的角度研究，采用简单易操作的修饰方法，提供了一种电催化还原二氧化碳生成比例可控合成气的阴极材料及制备方法和应用。

一种电催化还原二氧化碳生成比例可控合成气的阴极材料的制备方法，包括以下步骤：

a) 将h62黄铜片在流动空气浴中加热煅烧；

b) 冷却后，在电解质中电化学还原煅烧后的黄铜片，最终获得所述阴极材料（记为黄铜CR材料）。

在本发明的优选的实施方式中，所述制备方法具体包括以下步骤：

1）将h62黄铜片裁剪成适合电解槽的形状的尺寸；

2）将裁剪好的黄铜片进行除油预处理；

3）除油的同时，将管式炉升温至100-500℃的设定温度，并以100-300ml/min的流量持续通入空气；

4）将洁净的黄铜片置于已升至设定温度的管式炉中，并保持恒定温度加热处理，保持处理时间为0.5-12h，处理后在空气氛围中自然冷却降温；

5）电化学还原加热处理后的黄铜片，电解质为0.5 M 碳酸氢钾溶液，对电极为RuO₂涂层的钛网电极，参比电极为饱和甘汞电极，还原电位设定为-1.3V，还原至电流曲线保持平稳，将还原处理电极片取出用惰性气体吹干，即得到所述阴极材料（记为黄铜CR材料）。

更优选的，所述h62黄铜材料为CuZn合金，其中以质量含量计，Cu为63%，Zn为36%，厚度为0.5mm~2mm。

本发明还保护所述制备方法制备得到的阴极材料。

经扫描电镜和能谱表征，所述阴极材料的表面具有多孔结构，同时通过处理条件的改变可实现结构和表面组成的改变。

本发明还保护所述阴极材料用于二氧化碳的电化学还原。

所述的电化学还原涉及以下电化学反应：

阳极反应：2H₂O – 4e^- → 4H+ + O₂