[发明专利]一种二氧化碳电化学还原用ZnSn电极的制备和应用

权利要求书

1.一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，由基底层、纳米结构ZnSn电沉积层及其表面形成的还原层三层组成，所述基底层厚度为100～500μm，纳米结构ZnSn电沉积层的厚度为50 nm～20μm，沉积层Zn:Sn:O的摩尔比为4:6:0.001～5:95:10；所述还原层的厚度为5～400 nm，还原层表面孔隙率为20%-50%，Zn与Sn及O摩尔比为4:6:0.0001～5:95:1.0，所述二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法的步骤为：

S1：将炭毡、炭纸在200～600℃温度条件下并在空气中进行处理，然后在乙醇、丙酮中进行除油处理，除油处理完后进行清洗，清洗后作为基底层；

S2： 将ZnCl₂水溶液、SnCl₂水溶液及酸溶液进行混合，并将一定量的表面活性剂加入到上述混合液中，用磁力搅拌2h后制备得到电解液；

S3：将制得的电解液，在N₂保护气氛中，以恒电流密度或者恒电位电沉积于基底层上，电沉积完成后用超纯水清洗，并在惰性气氛保护下进行干燥处理；

S4：将带有ZnSn电沉积层的电极置于内有聚四氟乙烯套的反应釜中，加入一定的反应液，所述反应液为抗坏血酸、柠檬酸、氨基酸的水溶液，在160～200℃温度下反应6～24 h后自然降温至室温,其中反应液体积占反应釜容积的20～60％；

S5：再将带有ZnSn电沉积层的电极进行洗涤、干燥，再进行热处理，将热处理后的电极置于CO₂饱和电解液中，利用恒电位进行还原反应20～10000s。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述ZnCl₂水溶液的浓度为0.01～0.2 mol/L；所述SnCl₂水溶液的浓度为0.02 ～0.25 mol/L；所述Zn与Sn摩尔比为4:6～5:95；所述酸溶液为HCl、草酸的水溶液中的一种，其中酸溶液浓度为0.01～0.2 mol/L。

3. 根据权利要求1所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB、十六烷基三甲基氯化铵CTAC、十二烷基磺酸钠SDS、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸二钠的其中一种或两种以上，所述表面活性剂的浓度为0.01～0.2 mol/L，所述Zn与表面活性剂的摩尔比为 20:1～1:30。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述恒电流密度为-10 mA/cm²～-200mA/cm²，所述恒电位的电压为-0.5 V～-4V，所述电沉积时间10～5000s。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述恒电流密度-50 mA/cm²～-100mA/cm²。

6.根据权利要求4所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述恒电位的电压为-0.5V～-2.5 V。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述反应液的浓度为50～600 ppm。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电化学还原ZnSn电极的制备方法，其特征在于，所述CO₂饱和电解液为KHCO₃、NaHCO₃、NaCl、KCl、KBr或NaBr中的一种或两种以上，所述CO₂饱和电解液的浓度为0.02～2 mol/L，所述CO₂饱和电解液还原反应时的恒电位电压为-1.1 V～-2.3V，时间为100～4000s。