[发明专利]一种新型牺牲燃料电池及其制备方法和采用成对合成法应用于二氧化碳再利用

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种新型牺牲燃料电池及其制备方法和采用成对合成法应用于二氧化碳再利用。本发明以TiO₂修饰铟锡氧化物作阳极，Pt‑Cu₂O作阴极，通过构建硫化钠‑氧燃料电池同时在阴极电催化还原二氧化碳，得到了一种新型牺牲燃料电池通过消耗自身的电能达到还原二氧化碳的目的。本发明的新型牺牲燃料电池成对合成法及二氧化碳的再利用不仅具有操作简单、环保安全及燃料电池能消耗自身产生的电能的特点，而且能将二氧化碳转换为有机燃料。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种新型牺牲燃料电池及其制备方法和采用成对合成法应用于二氧化碳再利用。

背景技术

能源枯竭和环境污染是21世纪制约人类发展的主要问题，随着化石燃料的消耗及其燃烧造成大气中CO₂的含量持续增加，寻找替代的能源和降低大气中CO₂的含量是研究者关注的重点。燃料电池以有机物作为燃料时，二氧化碳的排放量远小于燃烧时释放的二氧化碳。目前催化还原CO₂的方法主要有电催化还原、光催化还原和光电催化还原，其中光电催化还原CO₂被认为是最有前景的方法之一。因此，我们希望可以利用燃料电池光电催化还原二氧化碳，将二氧化碳转换为有机燃料实现能源的循环利用。

Cu₂O是一种廉价、无毒、禁带宽度窄的半导体材料，广泛应用于太阳能电池，光催化，防污涂料等领域。Cu₂O是一种P型半导体材料，其带隙宽度为1.9-2.2eV，被认为是一种很有潜力的光催化半导体材料。然而氧化亚铜在水溶液和光照下容易被腐蚀，光生电子与空穴容易复合影响催化性能和使用寿命。为了解决这个问题，国内外学者做了大量的研究。主要的方法有贵金属的复合、半导体复合和离子掺杂等。其中，贵金属的复合是一种被广泛使用的有效方法。Pt由于其良好的催化活性，常用于贵金属的复合来进行光电催化的研究。因此希望发展一种操作简单、环保安全及无需外加电压的方法实现Pt-Cu₂O复合电极的沉积。因此，希望发展一种操作简单、环保安全及燃料电池能消耗自身产生的电能光催化燃料电池，而且能高效的将二氧化碳转换为有机燃料。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，发明的首要目的在于提供一种新型牺牲燃料电池的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备的新型牺牲燃料电池。

本发明的再一目的在于提供一种上述新型牺牲燃料电池采用成对合成法在二氧化碳再利用中的应用，即光电催化还原CO₂合成得到有机物。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种新型牺牲燃料电池的制备方法，包括以下步骤：

以TiO₂/ITO电极作阳极，Pt-Cu₂O电极作阴极；在阳极池中加入浓度 0.1mol/L的硫酸钠溶液作为电解质溶液，加入浓度为0.001～4mol/L、pH值为 8～14的硫化钠-亚硫酸钠作为燃料，在阴极池中加入0.1mol/L Na₂CO₃和 0.1mol/L NaHCO₃并通入氧气和二氧化碳，两池之间用饱和氯化钾盐桥连接，在紫外灯照射下构建形成新型牺牲燃料电池。

所述氧气和二氧化碳的摩尔比为(0.1～1)：1。

所述TiO₂/ITO电极按照以下步骤制备得到：称取30mg TiO₂在2mL乙醇中超声分散一小时，取1mL分散液用提拉法得到TiO₂/ITO电极，放入烘箱中在35～45℃条件下恒温干燥得到产品。