[发明专利]一种CO2

说明书

本发明提供了一种CO₂电化学还原用电极催化剂的制备方法，在包含可溶性Cu盐和第二合金元素的可溶性强酸性混合溶液中，于室温和惰性气氛下，以薄片状导电性材料作为基底，利用快速电流沉积过程中析出的氢气气泡做模板获得。该方法制备的催化剂对CO₂电化学还原具有优异的电催化活性和结构稳定性，CO的法拉第效率大于90％，最优达98％，连续稳定运行超过30h，有效产物的法拉第效率降低幅度小于5％。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学还原技术领域，特别涉及一种电极催化剂的制备方法。

背景技术

电化学还原CO₂(ERC)技术是利用电能将CO₂还原为目标产物，实现CO₂转化和有效利用以及碳循环的一种技术。

目前，ERC技术发展缓慢的主要因素包括：(1)反应过电位高；(2)催化活性低和反应速率慢；(3)目标产物选择性差；(4)电极稳定性低。在以水溶液作为支持电解液的ERC反应体系中，通常使用平板(如片状、箔状和块状)金属来催化电极反应过程。其中，Cu电极是使用最多、催化ERC反应产物种类最丰富的金属。为提高Cu电极对某一特定产物的优先选择性，研究人员采用研制特殊形貌(如枝晶、纳米线)、构筑氧化物界面(如包含Cu(I))以及合金化等方法来实现对单一产物选择性的提高。

在合金化的提高策略中，目前已经报道了Cu与Au，Pd，Sn，Zn等多种金属的合金化，而这些合金无一例外的都提高了对CO的选择性，但有关催化剂稳定性的报道至今很少。

本发明提出了一种CO₂电化学还原用多孔型电极催化剂的制备方法，所研制的催化剂中既存在Cu与第二元素的合金相，又存在Cu和第二元素的单质相。该类催化剂对CO₂电化学还原具有优异的电催化活性和结构稳定性，有效产物的法拉第效率大于90％，最优达98％，连续稳定运行超过30h，有效产物的法拉第效率降低幅度小5％。

发明内容

基于以上背景技术，本发明采取如下技术方案：

本发明一方面提供一种CO₂电化学还原用电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)电沉积溶液的配置：将可溶性Cu盐、第二合金元素盐、强酸混合，得到电沉积溶液；所述电沉积溶液中，Cu盐的浓度为0.1M～0.4M，所述强酸的浓度为1～3M；所述电沉积溶液中，Cu与第二合金元素的摩尔比为3:1～30:1；

(2)利用电流电积法将所述电沉积液沉积到导电基底上，得到所述CO₂电化学还原用电极。

基于以上技术方案，优选的，所述的电流沉积法中，沉积电流密度为1A cm^-2～10Acm^-2，沉积时间为2s～20s，最佳沉积时间为5s～10s，沉积层厚度为2～50μm。。

基于以上技术方案，优选的，所述的第二合金元素为Zn，Sn，Co，Ni，Bi、 Au，Ag或Pd中的一种。

基于以上技术方案，优选的，所述导电基底为多孔炭基材料或金属材料。

基于以上技术方案，优选的，所述多孔炭基材料为炭纸、炭布或炭毡中的一种，所述多孔炭基材料的孔隙率为70％～90％，厚度为0.1～0.3mm；所述金属材料为金属Cu片、金属Ni片或金属Zn片，所述金属材料的厚度为0.05mm～2mm，纯度不低于95％。

基于以上技术方案，优选的，所述的可溶性Cu盐为Cu的卤化物、硫酸盐、乙酸盐中的一种；所述强酸为质量分数为98％的浓硫酸、体积分数为36％～38％的浓盐酸。

基于以上技术方案，优选的，所述电沉积溶液制备过程中，通入氩气或氮气。