[发明专利]一种氧化镓基液态金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种氧化镓基液态金属催化剂的制备方法及应用，属于二氧化碳资源化利用技术领域。本发明在温度40‑200℃下，将金属镓和金属A进行熔炼3‑6h得到镓基液态金属熔体，其中金属A为铟、锡、铋、银、锌、硒中的一种或多种；将镓基液态金属熔体倒入容器中磁力搅拌氧化1～24h，得到氧化镓基液态金属催化剂。采用氧化镓基液态金属催化剂作为二氧化碳电还原中的催化剂材料，其在‑2.1～‑2.5V vs RHE的恒电位电解中，电流密度能超过20mA/cm²，生成一氧化碳的法拉第效率超过80％；工作24h后，生成一氧化碳的法拉第效率还可达75％，仍有很好的催化效果，故氧化镓基液态金属催化剂在长时间催化反应中具有优良的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种氧化镓基液态金属催化剂的制备方法及应用，属于二氧化碳资源化利用技术领域。

背景技术

电还原CO₂可以制备出一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯等高经济附加值产品。电还原CO₂高效转化为CO可以解决对高温高压的甲烷重整制合成气技术的依赖。然而，二氧化碳分子本身的化学稳定性制约了电化学转化的效率。现有技术中用于电催化还原CO₂的碳负载的非贵金属单原子催化剂，制备方法非常复杂，需要经过球磨及酸洗过程，所以用于工业生产的成本较高，且会产生废酸等废物，对环境污染较大。而用于催化二氧化碳电还原的钙钛矿型催化剂对二氧化碳还原的副反应析氢反应具有较好的活性。

现有用于电催化还原CO₂的催化剂均存在电流密度和法拉第效率低的问题。

发明内容

本发明针对现有电催化还原CO₂制备CO的催化剂存在催化剂电流密度和法拉第效率低的问题，提出了一种氧化镓基液态金属催化剂的制备方法及应用，采用氧化镓基液态金属催化剂作为二氧化碳电还原中的催化剂，生成一氧化碳的法拉第效率超过80％。

一种氧化镓基液态金属催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)在温度40-200℃下，将金属镓和金属A进行熔炼3-6h得到镓基液态金属熔体，其中金属A为铟、锡、铋、银、锌、硒中的一种或多种；

(2)将镓基液态金属熔体倒入容器中磁力搅拌氧化1～24h，得到氧化镓基液态金属催化剂。

所述步骤(1)镓基液态金属熔体的质量为100％计，金属A占0～50％，其余为镓。

氧化镓基液态金属催化剂在电催化还原CO₂中的应用：以氧化镓基液态金属催化剂为阴极，石墨电极、铂电极或IrO₂·Ta₂O₅涂层钛电极为阳极，以有机溶液电解液或无机溶液电解液为阴极电解液，硫酸水溶液为阳极电解液，在常温常压、电解电压为-2.1～-2.5V进行电解，阴极上生成一氧化碳；

所述有机溶液电解液中电解质的浓度为0.1～3.5mol/L，无机溶液电解液中电解质的浓度为0.1～3.5mol/L，硫酸水溶液的浓度为0.1～2.2mol/L；

所述有机溶液电解液中电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基三氟甲基磺酸、四丁基对甲苯磺酸铵、咪唑类离子液体、吡啶类离子液体中的一种或多种，有机溶液电解液的溶剂为碳酸丙烯酯、乙腈、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇中的一种或多种。

所述无机溶液电解液中电解质为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钾、溴化钾、碘化钾中的一种或多种，无机溶液电解液的溶剂为去离子水。