[发明专利]一种锡基复合催化剂及含该催化剂的阴极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，具体涉及一种锡基复合催化剂及含该催化剂的阴极材料的制备方法。

背景技术

二氧化碳是导致温室效应的重要原因之一，对二氧化碳进行转化利用，一方面可以减少温室气体的排放，另一方面可以减缓因化石燃料的大量使用而造成的资源枯竭，同时实现能量的再存储。对二氧化碳进行转化处理的方法很多，主要有生物法、辐射法、热化学法、(光)电化学法等，其中电化学还原二氧化碳法具有广泛的优势：1、电力驱动，动力来源广泛，可直接利用可再生电力或者电网废电作为电力来源；2、产物具有较高的选择性；3、操作条件温和，常温常压下即可发生反应；4、溶剂可作为质子来源，不需要通入H₂等外加质子源；5、CO₂可转换成为多种基础化工原料，产物可进行进一步利用，经济效益高。

二氧化碳电化学还原其关键在于催化剂，催化剂可以直接影响反应的活性、稳定性及产物选择性。现有技术路线采用的多为金属或合金催化剂，具有活性低、稳定性差、易析氢、产物选择性差等缺点，制约了二氧化碳大规模资源化利用的发展。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，其目的在于提供一种锡基复合催化剂及含该催化剂的阴极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种锡基复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管加至体积比为1:x的乙醇与去离子水的混合液中，超声分散3h以上，得到溶液A；

所述x的取值范围为：0.1<x<100；

(2)将锡盐与柠檬酸盐混合后加到去离子水中形成混合溶液，混合溶液中的柠檬酸根过量使锡离子能够完全被络合；将混合溶液在室温下超声分散至其稳定，得到溶液B；

(3)将溶液A与溶液B混合，超声至碳纳米管分散均匀，得到溶液C；其中，溶液C中1g碳纳米管对应0.001-0.1mol金属锡离子；

(4)在持续超声条件下，向溶液C中加入过量硼氢化盐粉末或硼氢化盐水溶液对锡离子进行还原，至溶液中无气泡产生，得到溶液D；或向溶液C中加入过量强碱后，将其置于聚四氟乙烯容器中，在100℃-180℃下加热5小时以上，得到溶液E；

(5)将溶液D或E用去离子水抽滤、清洗，获得的固体置于烘箱中于40℃-80℃干燥，所得的黑色粉末即为锡基复合催化剂。

由所述溶液D获得的锡基复合催化剂为锡氧化物/锡/碳纳米管复合材料。

由所述溶液E获得的锡基复合催化剂为二氧化锡/碳纳米管复合材料。

步骤(1)中所述的碳纳米管为单壁、双壁或多壁碳纳米管；通过化学气相沉积法、石墨电弧法或模板法合成。

步骤(1)中所述的碳纳米管表面经酸洗或氧化处理后，其表面接枝有羧基或羟基亲水集团，在去离子水中的分散度提高。

步骤(2)所述的锡盐为二价锡盐或四价锡盐；所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠或柠檬酸钾。

步骤(4)中所述的硼氢化盐为NaBH₄或KBH₄；强碱为NaOH或KOH；BH₄^-或OH^-与锡离子的摩尔比大于10。

一种含锡基复合催化剂的阴极材料的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：

(1)将权利要求1-7任一项所述的一种锡基复合催化剂的制备方法制备的锡基复合催化剂、导电性碳材料和粘结剂按照8:1:0.5-4的比例在易挥发醇中进行混合，搅拌至易挥发醇全部挥发，形成粘稠固体；

所述的易挥发醇为乙醇或异丙醇；

(2)将粘稠固体通过压制法压制于150-400目的钢丝网上，在室温下晾干即可。

步骤(1)中所述的导电性碳为石墨或导电炭黑；粘结剂为萘酚溶液或聚四氟乙烯溶液。

步骤(2)中所述的压制为单面压制或双面压制，通过辊压机、压面条机或压片机实现。

所述双面压制的另一侧物质为等量的粘稠固体或等量的导电性物质；

所述的导电物质为石墨、导电炭黑、碳纳米管或石墨烯。

锡基复合催化剂或含锡基复合催化剂的阴极材料在CO₂电化学转化中的应用。

所述CO₂电化学转化法的拉第效率大于60％。