[发明专利]微纳米结构锌电极的制备及锌电极和应用

说明书

本发明涉及微纳米结构锌电极的制备及锌电极和应用，锌电极制备过程包括利用苹果酸在水热条件下溶解部分锌片，再在降温过程中在锌片表面形成氢氧化锌，然后干燥脱水在锌片表面得到三层结构的氧化锌。本发明的锌电极具有表面结构尺寸可调和比表面积高的特点，用于二氧化碳电化学还原，对目标产物具有优良的选择性和催化活性。

技术领域

本发明涉及二氧化碳资源化利用领域，特别涉及二氧化碳电化学还原用微纳米结构锌电极的制备方法。

背景技术

CO₂作为一种潜在的碳资源，具有很高的利用价值，可以通过很多方法加以回收，转化成有用的资源。这样既能降低大气中CO₂的含量，变害为利，减缓“温室效应”，又能减轻当今化石燃料的消耗，一举双得。目前主要采用的方法有：高温、高压催化氢化法；生物转化法；光电化学转化法；电化学还原法等。电化学还原是转化CO₂为有价值的化合物的最有效途径之一。其在常温常压下即可实现CO₂的高效转化，设备投资少。CO₂电化学还原是目前极具吸引力的研究课题。

选择合适的催化剂可将CO₂通过电化学还原转化成CO，CO和H₂是制备甲醇的主要原料，H₂可以通过电解水得到。液态甲醇可以作为能量储存媒介和清洁替代新能源，以此来减轻经济社会发展过程中的油气能源危机和全球气候变暖压力。这样为解决后油气时代的能源问题和环境保护提供了一条有效途径。

目前，高产CO的催化剂主要为Au和Ag这两种贵金属，其选择性很高，在获得相同电流密度时，这两种金属过电位最低。然而其成本很高，易中毒，寿命缩短，也这是阻碍其应用的主要原因之一；且催化剂需制备成微纳米结构来提高催化活性和利用率，通常所用的液相合成法、电沉积、阳极氧化法等难以实现大规模生产。开发简单高效的制备方法，发展廉价的催化剂能高选择性地、高效率地促进将CO₂还原为CO，是可再生生产碳基液体燃料的重要一步。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种二氧化碳电化学还原用微纳米结构锌电极的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

二氧化碳电化学还原用微纳米结构锌电极的制备方法，包括如下步骤：1)先后用水和乙醇对锌片进行超声清洗，并在在惰性气体保护下进行干燥；2)将洗好的锌片置于内有聚四氟乙烯套的反应釜中，并加浓度为10～500ppm的苹果酸水溶液，溶液体积占高压釜容积的5～40％；在160～200℃下反应6～24个小时后自然降温至室温；3)将锌片从反应釜中取出，用水清洗后，在120～150℃下干燥2～12h。

所述的锌片厚度为0.01～1mm，最佳厚度为0.08～0.2mm；

所述的惰性气氛为氮气、氩气或氦气气体中的一种或二种以上混合。

所述锌片淹没在溶液中的表面积占其总总表面积的80％以上，苹果酸水溶液的最适宜浓度为30～200ppm。

所述最佳反应时间为8～12h，期间，苹果酸全部消耗用来溶解锌片，形成锌的盐溶液；降温过程中烘箱停止供热，反应釜在烘箱中自然降温，溶液中锌盐在锌片表面形成氢氧化锌；在降温过程中溶液中锌盐的浓度减小和温度降低，使得锌片表面形成了双层结构。

所述最佳干燥时间范围为3～6h，锌片表面的氢氧化锌在空气中完全失水得到氧化锌；