[发明专利]用于电催化还原CO2制备CH4的花棒状CuO/SnO2催化剂

说明书

本发明公开了一种用于电催化还原CO₂制备CH₄的花棒状CuO/SnO₂催化剂。该催化剂以SnCl₄·5H₂O为原料，NaOH为沉淀剂，乙醇溶液为溶剂，水热法合成花棒状SnO₂载体；然后以硝酸铜为原料，采用沉积沉淀法合成不同CuO负载量的花棒状CuO/SnO₂催化剂。本发明的催化剂中SnO₂载体呈花棒状，此类催化剂对电催化还原CO₂制备CH₄的应用较新颖。本发明催化剂制备方法简单易行，原料价格相对较低，CO₂电还原生成CH₄的选择性高，法拉第效率可达67.9％。

技术领域

本发明涉及一种用于电催化还原CO₂制备CH₄的花棒状(即棒状自组装成花球状)CuO/SnO₂催化剂，属于电催化用催化剂技术领域。

背景技术

能源短缺和环境污染是阻碍人类社会发展的严峻问题。目前，人类能源消费结构仍以化石能源为主，这种消耗自然资源用于人类社会发展不仅会加快化石燃料的消耗，还会造成大气中二氧化碳(CO₂)温室气体排放量的增加。截止2017年4月，大气中CO₂浓度已经高达410ppm，远高于350ppm的安全上限。探索有效的降低大气中CO₂浓度的技术已成为各国政府和科学家的重点研究方向。其中，通过电催化还原手段将CO₂转化为高附加值的化学品和燃料成为一项备受瞩目的技术。由于CO₂电催化还原的反应路径太多，导致产物选择性不好，而高选择性催化剂往往需要价格昂贵的贵金属。因此，该技术的关键问题在于寻找低成本、高选择性催化剂实现CO₂向单一的物质转化。

电催化还原CO₂可以制备甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、乙烯(C₂H₄)等化学品或能源物质，在环境和能源方面具有重要意义。CH₄作为烃类燃料，是CO₂电还原的重要产物之一。由于CO₂电催化还原产物的复杂性，目前有效地生成CH₄的催化剂很少有报道。尽管，大力发展地壳含量丰富的廉价金属催化剂代替贵金属催化剂得到相关催化研究领域的高度关注。但迄今为止，满足这些条件的催化剂仍屈指可数，且大多数催化剂在相应的催化条件下仅可将CO₂还原为CO、HCOOH及其他碳氧混合物，如何有效地将CO₂进一步高选择性地转化为高热值的CH₄值得深入研究。

发明内容

本发明目的是为了提供一种用于电催化还原CO₂制备CH₄的花棒状CuO/SnO₂催化剂。本发明首先合成花棒状SnO₂载体，再负载小颗粒CuO制备CuO/SnO₂新型催化剂用于电催化还原CO₂制备CH₄。该催化剂反应所用原料价格相对较低，制备过程简单易行，制备的催化剂花棒状CuO/SnO₂催化剂具有较高的CH₄法拉第效率。

本发明的花棒状CuO/SnO₂催化剂为：它首先以锡盐为原料，无机碱为沉淀剂，水热法合成花棒状SnO₂载体，然后负载小颗粒CuO，制得花棒状CuO/SnO₂催化剂。

进一步的，所述花棒状SnO₂载体直径(花球的直径)为0.5-5μm，本发明实施例中制备的花棒状SnO₂载体直径为2μm左右。