[发明专利]一种电催化还原CO2

说明书

本发明属于CO₂资源化技术领域，公开了一种电催化还原CO₂的电极制备方法，用竹子作为基底材料，首先将竹子打磨去皮暴露出木质部；然后去除竹子内部的微生物和吸附的金属离子；其次用NH₄F与竹子分散在去离子水溶液中，进行超声清洗，再机械搅拌制取电极前驱材料；最后煅烧电极前驱材料，使其冷却得到F掺杂的竹炭电极。本发明得到F掺杂的竹炭电极，使其有效暴露活性位并且通过改善结构来促进电催化还原CO₂过程中相关物质的扩散。

技术领域

本发明属于CO₂资源化技术领域，尤其涉及一种电催化还原CO₂的电极制备方法。

背景技术

日益增多的人类活动不仅会加快化石燃料的消耗，还会造成大气中以CO₂为主的温室气体排放量增加，打破自然界的碳平衡。如何有效的降低大气中CO₂浓度的技术已成为各国政府和科学家的重点研究方向。

CO₂作为一种经济的、安全的、可持续的碳氧资源化合物，将其转化为液体燃料、化学品的发展潜力巨大。但是由于CO₂化学性质非常稳定，需要施加额外的能量才能使其活化、转化。其中利用一些清洁能源电化学还原CO₂成一些有附加值的产品是一个有效途径，这即可以缓解全球变暖的问题，又能降低了人类对化石燃料的依赖，从而缓解能源与环境双重压力具有重要的现实意义，对于人类来说，这也是一条可持续发展的路线。

然而，由于CO₂比较高的稳定性和复杂的多电子转移动力学，电催化还原 CO₂需要克服比较大的能垒才能产生一些具有附加值的产品。更重要的是，在电催化还原CO₂中往往还有很多的竞争反应，其中溶液析氢(HER)是一个很严重的副反应，这也严重影响着整个反应过程的产物选择性和能量转化效率。其中F掺杂的碳材料可以很好地降低电催化还原CO₂的能垒，从而提高反应的活性。但是在高的过电位下依然存在严重的析氢问题，因此，对于F掺杂的碳材料复合催化剂如何调整结构从而获得高催化活性，同时在高电位下具有较高的选择性和能量转化效率是电催化还原CO₂还原技术发展的关键。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电催化还原CO₂的电极制备方法，得到F掺杂的竹炭电极，使其有效暴露活性位并且通过改善结构来促进电催化还原CO₂过程中相关物质的扩散。

本发明的基础方案：一种电催化还原CO₂的电极制备方法，用竹子作为基底材料，首先将竹子打磨去皮暴露出木质部；然后去除竹子内部的微生物和吸附的金属离子；其次用NH₄F与竹子分散在去离子水溶液中，进行超声清洗，再机械搅拌制取电极前驱材料；最后煅烧电极前驱材料，使其冷却得到F掺杂的竹炭电极。

进一步，所述的去除竹子内部的微生物和吸附的金属离子，包括以下步骤：

(1)将竹子浸泡在质量分数为4-6％的双氧水中，浸泡温度为70-90℃，浸泡时间为0.5-2.5小时；

(2)然后用去离子水浸泡20-40分钟；

(3)再用质量分数为4-6％的稀硫酸和质量分数为4-6％的稀盐酸浸泡，浸泡温度为70-90℃，浸泡时间为0.5-1.5小时；

(4)最后用去离子水清洗至中性。

进一步，所述的用NH₄F与竹子分散在去离子水溶液中，所用该去离子水溶液的含量为10-30ml；所述超声清洗的时间为1-3小时，所述机械搅拌的时间为 12-24小时。

进一步，在煅烧电极前驱材料前，将电极前驱材料在30-50℃的真空干燥箱中进行干燥。