[发明专利]一种负载型表面部分硫化的层状金属氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种负载型表面部分硫化的层状金属氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括首先在泡沫镍表面原位构筑金属氢氧化物纳米针，继而通过室温硫化形成上述电催化剂；该电催化剂可作为阳极用于构建甘油氧化协同CO₂还原共同产甲酸盐的配对体系。与现有技术相比，本发明具有制备方法简单可控，无需高温费时等优点，所构建的甘油氧化协同CO₂还原共同产甲酸盐的配对体系具有较高的甲酸盐能量转化效率，可以在充分利用能源的基础上提高原子经济，并为同时从CO₂和甘油中获得同一高价值产品提供新思路。

技术领域

本发明属于电催化材料制备与电化学甘油氧化以及协同电催化CO₂还原技术领域，涉及一种负载型表面部分硫化的层状金属氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种泡沫镍负载的表面部分硫化的层状金属氢氧化物电催化剂及其制备方法与在甘油氧化反应以及协同电催化CO₂还原共同产高附加值甲酸盐中的应用。

背景技术

受化石能源消耗带来的日益严重的能源危机和全球碳排放加剧影响，将大气中的CO₂回收转化为各种高附加值化学品或燃料是人类维持可持续发展过程中所面临的巨大挑战之一。电化学分解水还原CO₂可以在相对温和的条件下直接有效地与可再生能源(如风能、水能、太阳能)相结合，被认为是最具有前景的CO₂转化方法。但是电化学分解水还原CO₂涉及的阳极反应——氧析出反应(4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-)具有较高的氧化还原电位(O₂/H₂O＝1.23V vs.SHE)，严重制约了CO₂电化学还原的整体效率，同时该反应产生的氧气价值相对较低。因此，研究利用其他能耗较低的有机物氧化反应，以代替氧析出反应来促进电化学还原CO₂，同时在阳极产高附加值产物，将是一个有效降低CO₂电化学还原能耗并极具前景的策略。

另一方面，由于近几十年来生物柴油工业的蓬勃发展，甘油作为生物柴油生产的一个重要副产物，已成为一种丰富而廉价的化学品(0.11$/kg粗甘油)。随着直接甲酸燃料电池以及甲酸作为氢载体的应用和发展，未来对甲酸的需求会迅速增加，但是目前全球甲酸产能力可能无法满足需求。因此，将甘油转化为甲酸极具应用前景。甘油电化学氧化生成甲酸的半反应可表示为C₃H₈O₃+8OH^-→3HCOOH+5H₂O+8e^-，该反应的氧化还原电位为0.69Vvs.SHE，大大低于氧析出反应的氧化还原电位。因此，在电化学还原CO₂的反应中，用甘油氧化反应替代阳极氧析出反应可在大大降低CO₂电化学能耗的同时产高附加值的甲酸。更重要的是，如果能采用合适的催化剂使电化学还原CO₂的产物也为甲酸，将会实现阴阳极共同产甲酸，大大提高甲酸的产率。