[发明专利]一种用于二氧化碳电化学还原的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳电化学还原的催化剂及其制备方法，其特点是采用不同比例的铜银合金组成通式为Cu_xAg_y的粉末催化剂，其中，0≤x1，0y≤1，x+y=1催化剂进行二氧化碳电化学还原一氧化碳，其具体制备包括：将银盐和铜盐溶于乙醇与水的混合溶液中制得前驱体；还原剂溶解在乙醇与水的混合溶液中，然后加入前驱体进行反应，其反应液经离心、洗涤和真空干燥，得催化剂材料用于二氧化碳电化学还原一氧化碳。本发明与现有技术相比具有过程简单、易控，提供的催化剂颗粒尺寸达到纳米级，用于二氧化碳电催化还原，具有高的催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及一种电化学还原技术领域，尤其师一种用于电化学还原二氧化碳为一氧化碳的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业的高速发展，地球的生态环境正在遭到严重的破坏，其中影响最大的就是所谓温室效应，导致温室效应的最直接原因是二氧化碳在大气中含量的增加。二氧化碳是化石能源燃烧后产生的一种废物，同时也是一种重要的碳源。CO₂分子在热力学上是稳定的，并且很难被激活以进一步转化为其他产物。使用可再生电力将CO₂转化成能量密度较高的有机小分子具有巨大潜力。实现这一过程的关键在于需要高效、稳定、成本低的催化剂材料，其性能直接影响CO₂电化学还原的活性和选择性。

在众多电催化材料中，已有报道二氧化碳可以被多种不同金属如铜、银、锡等电化学还原制备一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等。银催化剂对二氧化碳还原为一氧化碳具有产物选择性极高，化学性质稳定，对环境无害等优点，但是需要较高的过电位。Rosen(Science,2011, 334(6056): 643-644)等用纳米银颗粒为催化剂，并以离子液体(EMIM-BF₄)为电解液，其CO₂电还原生产CO的过电位为0.17V。通过合金化可以提高催化剂的性能，韩国研究员(Chem Eng.J,2016,299,37-44)采用电化学沉积的方法制备了Ag-Cu合金催化剂，但CO法拉第电流和效率与Ag催化剂相比没有提升，这种电化学方法制备的银合金催化剂在CO₂转化效率上没有表现出优势。

现有技术的电催化剂无法满足在较低的过电位下，以较高的电流效率产生单一产物，对二氧化碳利用的能量效率较低，其用于二氧化碳电还原的铜银合金催化剂存在着低电位下的催化效率和选择性不高等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种用于二氧化碳电化学还原的催化剂及其制备方法，采用双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵等阳离子表面活性剂为添加剂，以硼氢化钠或抗坏血酸为还原剂合成铜银合金，通过有效调控催化剂制备条件，获得具有不同比例的通式为Cu_xAg_y的铜银合金催化剂，该催化剂将二氧化碳选择性的还原成一氧化碳，具有高电催化活性和选择性，能显著提高对二氧化碳利用的能量效率，为CO₂转化成能量密度较高的有机小分子提供了一种产物选择性极高，化学性质稳定，对环境无害和潜力巨大的电催化材料。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种用于二氧化碳电化学还原的催化剂，其特点是采用不同比例的铜银合金组成通式为Cu_xAg_y的粉末催化剂，其中，0≤x＜1；0＜y≤1；x+y=1；所述粉末的晶粒尺寸为20~60nm。

一种用于二氧化碳电化学还原的催化剂的制备方法，其特点是采用双十八烷基二甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵的阳离子表面活性剂为添加剂，以硼氢化钠或抗坏血酸为还原剂合成铜银合金，获得具有不同比例的铜银合金催化剂，其催化剂通式为Cu_xAg_y，具体制备包括下述步骤：