[发明专利]一种促进CO2电活化的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及CO₂活化方法，具体涉及一种温和条件下有效促进CO₂电活化的方法。

(二)背景技术

由于CO₂中的碳处于最高氧化态，是热力学稳定的、惰性的分子，要想加以利用必须首先进行活化。已知的活化方法包括：配位活化、生物活化、辐射活化、电化学活化等。上述活化方法多是在有机溶剂中进行，存在催化剂活性不高、使用有毒的有机溶剂和反应条件苛刻等问题。离子液体作为一种绿色溶剂具有特殊的溶解性，且稳定性好，电导率高，可循环使用，可作为催化剂和溶剂为反应提供优良的反应环境。同时，离子液体所具有的“非”挥发性和对CO₂独特的溶解能力，使之在固定转化和利用CO₂方面具有很好的应用价值。如申请公布号为CN201310711506、CN201310711507等专利及其他文献以离子液体作为催化剂和溶剂进行化学活化和电化学活化CO₂合成了相应的有机酸酯类。但以往电活化存在的不足是：活化电位较负，电流密度较小导致能耗较高。

(三)发明内容

本发明提供了一种温和条件下有效促进CO₂电活化的方法。循环伏安(CV)测试结果表明：相较于以往的方法，该方法不仅能有效促进CO₂的电活化，还能在大幅提高还原峰电流的同时，使还原峰电位明显正移，大幅降低能耗。

本发明采用如下技术方案：

一种促进CO₂电活化的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)准备铜电极、铂片电极、银丝电极，所述铜电极、铂片电极、银丝电极在使用前，依次经金相砂纸、Al₂O₃粉末打磨，去离子水冲洗，1wt％～6wt％硝酸水溶液中超声1～5min，再次去离子水冲洗，乙醇中超声1～5min，N₂吹干备用；

(2)制备二元离子液体：将单一离子液体[NH₂-emim]Br(1-(1-氨基乙基)-3-甲基咪唑溴盐)分别与单一离子液体[Emim]BF₄(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)、[Bmim]BF₄(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)、[Bmim]PF₆(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)按质量比0.1～5：100各自一一混合，分别得到二元离子液体[NH₂-emim]Br-[Emim]BF₄、[NH₂-emim]Br-[Bmim]BF₄、[NH₂-emim]Br-[Bmim]PF₆；

(3)常温常压下，在一室型电解槽中，以步骤(2)得到的任一种二元离子液体为电解液，以经过步骤(1)处理的铜电极为工作电极，铂片电极为对电极，银丝电极为参比电极构成三电极体系，先通N₂10～50min除氧，再通CO₂至饱和，进行CV测试，即实现CO₂电活化。

本发明所述的促进CO₂电活化的方法，其中，所述的铂片电极按通常如下方法制备得到：将铂片裁成0.5～2cm×0.5～2cm的方片，再用点焊机将之与长度为5～15cm、直径为0.8～2mm的铜棒焊接，最后用玻璃管封隔铜棒，制成铂片电极。

所述的银丝电极通常按如下方法制备得到：将银丝裁成0.5～3cm长，再用点焊机将之与长度为5～15cm，直径为0.8～2mm的铜棒焊接，最后用玻璃管封隔铜棒，制成银丝电极。

优选所述的铜电极为铜圆盘电极。

推荐所述的单一离子液体[NH₂-emim]Br是按如下方法制备得到的：将N-甲基咪唑和2-溴乙胺氢溴酸盐溶于无水乙醇中，N₂保护下，在70～90℃回流反应20～30h后，先冷却至室温，再置于冰箱中冷藏至析出白色结晶，用经过冷藏的乙醇洗涤抽滤，收集白色结晶，加去离子水溶解，用固体KOH调pH＝8，旋蒸除水，70～90℃真空干燥后，用乙醇/四氢呋喃混合溶剂溶解提取，抽滤，取滤液旋蒸除溶剂，70～90℃真空干燥10～15h，即得离子液体[NH₂-emim]Br；