[发明专利]一种二氧化碳电化学还原用电催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种二氧化碳电化学还原用电催化剂及其制备方法，所述二氧化碳电化学还原用电催化剂由金属有机化合物中的一种或二种以上与含‑OH的芳香族化合物中的一种或两种以上组成。芳香族化合物通过‑OH与金属有机化合物相互作用，降低金属有机化合物中的价态及C‑N键的强度及电子结构，来增加活性位的数量，调控催化剂表面反应物、中间产物的吸附强度，从而提高催化剂的活性和选择性。

技术领域

本方面涉及二氧化碳电化学还原技术领域，特别涉及一种二氧化碳电化学还原用催化剂。

背景技术

能源是国民经济发展和人民生活的重要物质基础。当前，我国经济与社会正处于高速发展阶段，对能源的需求持续增加，CO₂气体的排放量也日益增长。因此，如何减少CO₂的排放，有效利用CO₂成为了近年来研究的热点。

CO₂的减排和利用主要有三种方式：(1)捕获与封存，将CO₂通过化学或物理吸附的方法捕获后进行地下封存；(2)化学转化，包括催化加氢和重整等，即在催化剂的作用下，CO₂与其他化学原料发生化学反应合成有价值的化学品，如合成尿素、环碳酸酯等；(3)电化学还原、光电化学或生物电化学还原等技术制备相应的化学品。

电化学还原CO₂(ERC)技术是利用电能将CO₂还原为化学品，实现CO₂资源化利用的一种技术^[5,6]。随着可再生能源技术的快速发展，发电成本将大幅度下降。利用可再生能源发电，通过电化学技术使CO₂直接与H₂O反应生成有机化合物，如CH₃OH，CH₄及烃类化合物等，实现电能向化学能的转化，不但使ERC技术更具经济性，还可以实现可再生能源的储存，并形成一个碳和能量转化循环。与其他CO₂转化技术相比，ERC技术的最大优势在于可以利用水作为反应的氢源，常温常压即可实现CO₂的高效转化，因此不需要制氢及加温、加压所需要额外消耗的能量，设备投资少。因而，它具有潜在的经济效益和环境效益，引起了人们广泛关注。

目前，研究较多的ERC催化剂有Cu,Au,Ag,Zn，Pd，Pb等。不同的催化剂上还原产物的种类、转化率、电流效率是不同的。其中，对CO产物选择性比较高催化剂主要为Au、Ag、Pd等贵金属催化剂。但是由于这些催化剂性能仍然不能达到ERC技术实际应用的要求，且其资源匮乏、价格昂贵，因此影响了其在ERC中的广泛应用。

近年来，含氮催化剂引起了人们的广泛关注。含氮的金属有机化合物，已经被证明具有很高的氧还原催化活性。但是这种材料在ERC技术中的应用研究却相对较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳电化学还原电催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，

所述二氧化碳电化学还原用电催化剂由金属有机化合物中的一种或二种以上与含-OH的芳香族化合物中的一种或两种以上组成。

所述电催化剂中含-OH芳香族化合物的含量为0.5％-20％。

所述二氧化碳电化学还原用电催化剂，其特征在于金属有机化合物为四-(4-羧基苯基)卟啉铁、卟啉铁、酞氰铁、酞氰钴、酞氰锰、维生素B12、卟啉钴中的一种或两种以上。

所述二氧化碳电化学还原用电催化剂，含-OH的芳香族化合物为苯酚、三氯苯酚、间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚、间苯三酚、苯甲酚中的一种或两种以上。

所述二氧化碳电化学还原用电催化剂的制备方法，按照以下步骤进行：