[发明专利]一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料、多壁碳纳米管和表面活性剂溶于乙二醇中，将泡沫镍在上述溶液中浸渗，取出烘干制得负载Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极。本发明将Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体半导体和具有刚性一维纳米结构的CoP纳米线合理结合，使其具有优异的金属导电性，从而有利于其还原二氧化碳活性的提高。

技术领域

本发明涉及二氧化碳还原技术领域，具体涉及一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极及其制备方法和应用。

背景技术

大量消耗化石燃料产生的CO₂排放严重改变了全球气候：大气中CO₂浓度的增加导致全球变暖以及大气CO₂吸收导致的海洋酸化。化石燃料的不可避免的枯竭和能源短缺问题也是世界面临的挑战。因此，二氧化碳向高价值化学品的转化在环境和能源研究领域引起了广泛关注。

甲酸是一种有价值的化学产品，在某些应用中难以替代，其强酸性和还原性使其可用于农业、制药、食品、纺织品和化学品。甲酸最近被认为是一种极具前景的储氢组分，它通过分解生成CO₂和H₂，也可发生可逆转化，再生成甲酸，作为化学能储存的平台。因此将CO₂还原生成甲酸引起了广泛的关注。

然而，在热力学上CO₂是稳定的，因此二氧化碳还原通常很难，这使得在电还原过程中存在非常缓慢的反应动力学和巨大的活化过电位。另外，CO₂的转化与其他反应竞争，例如析氢反应，其能显着减少还原碳产物的生成。因此需要高活性、选择性和稳定的催化剂来促进二氧化碳还原，以克服能量障碍并使反应转向甲酸的生成。

公开号为CN 103668311 A的专利说明书公开了一种用于电催化还原CO₂至甲酸的催化电极，包括玻碳片和涂覆在玻碳片上的含有氧空位的二氧化锡的涂层。所述含有氧空位的氧化锡可将二氧化锡200～400℃真空热处理2～4h得到。该用于电催化还原CO₂至甲酸的催化电极应用于电催化还原二氧化碳，可提高其电催化还原二氧化碳至甲酸的速率和电流效率。在相同电位下，其还原二氧化碳至甲酸的速率比未处理的增长了近3倍，电流效率也提高了近一倍。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极的制备方法，操作方便、简单易行，无需特殊的设备仪器和化学试剂，制备得到的电极稳定性高、不含任何贵金属，成本低廉，易于推广应用。

一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极的制备方法，包括：将Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料(Zn_0.5Cd_0.5S/CoP NWs)、多壁碳纳米管和表面活性剂溶于乙二醇中，将泡沫镍在上述溶液中浸渗，取出烘干制得负载Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极，记为Zn_0.5Cd_0.5S/CoP NWs/MWNTs/泡沫镍电极。

本发明将复合材料Zn_0.5Cd_0.5S/CoP NWs与多壁碳纳米管混合，通过浸渗的方法固定在泡沫镍电极上，在等离子体技术下，还原二氧化碳产甲酸。

本发明的基底电极用可塑性强、可重复使用的普通泡沫镍作支撑材料，直接通过商购获得。泡沫镍基底与Zn_0.5Cd_0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料、多壁碳纳米管具有良好的兼容性，可发挥出更好的协效作用。