[发明专利]一种具有高甲酸选择性的二氧化碳电还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有高甲酸选择性的二氧化碳电还原催化剂及其制备方法，该二氧化碳电还原催化剂为由钯铜组成的二元金属合金，其分子式为Pd_xCu_y，其中，0.1≤x≤0.95，x+y＝1。上述制备方法包括：将钯盐与铜盐分别溶于水后混合，得前驱体溶液；将还原剂溶于水后与所述前驱体溶液混合，进行共还原反应，反应结束后，后处理得二氧化碳电还原催化剂。本发明的二氧化碳电还原催化剂对CO₂还原成产物甲酸具有超高的选择性，且这种高选择性发生在较低的过电位，并可以保持较宽的电势窗口，降低了二氧化碳电催化还原成甲酸过程中的能耗以及反应条件的苛刻程度。上述制备方法，具有过程简单、易控，对环境无害等优点。

技术领域

本发明属于新能源化学与电催化交叉技术领域，具体涉及一种具有高甲酸选择性的二氧化碳电还原催化剂及其制备方法。

背景技术

现阶段，化石燃料的过渡燃烧导致温室气体大量排放，使得全球变暖、冰川融化，给人类的生存环境造成了极大的威胁。为解决这种能源污染问题，电催化二氧化碳还原技术逐渐走进人类的视野。电催化CO₂还原作为一种人为的碳循环方式，不仅可以改善环境，还可以提供一种新型的能源转化方式，即利用可再生能源如风能、太阳能、潮汐能、地热能等将二氧化碳这种物质电还原为人类所需要的化学产品。

目前的研究中，CO₂电还原的主要产物有HCOOH、CO、CH₄等C₁产物及C₂H₄、C₂H₅OH等C₂产物，其中甲酸作为基本有机化工原料之一，可广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业，因此，将二氧化碳电还原成甲酸具有非常重要的意义。然而，由于CO₂分子极其稳定且在电还原成甲酸的过程中存在竞争反应，因此，CO₂电还原成甲酸还面临着选择性差、过电位高、电势窗口小等挑战。

如专利号为CN 106180747 B的专利中制备的碳负载的钯铜二元合金纳米材料，尽管其用于二氧化碳还原的电催化剂时，对甲酸和甲烷的合并转化效率最高可达70％以上，但是其在产生甲酸的同时还产生了甲烷，表明该钯铜二元合金纳米材料在CO₂电还原成甲酸的选择性有待进一步提高。

再如专利号为CN 110396701 A的专利文献中制备的黑色SnO₂-60min纳米片电催化剂，尽管其在-0.6～-1.1V vs.RHE电势范围内甲酸的法拉第效率可稳定在90±2％，但是它生成高法拉第效率的甲酸所需要的过电位较高，故而在电还原过程中需要更多的能量才能达到其产生高法拉第效率的甲酸的效果，不利于运用到工业化生产中。

又如专利号为CN 108360017 A的专利文献中制备的Zn_0.9Sn_0.1O_z/C催化剂，尽管其在2.6V时的甲酸电流效率达到最大为92.2％，但是其在产生高法拉第效率的甲酸的过电位较高且电势窗口小，仍然不利于运用到工业化生产中。

因此，开发具有高选择性、低过电位、大电势窗口的催化剂，对未来电催化CO₂还原为甲酸的工业化应用具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中二氧化碳电还原成甲酸所面临的选择性差、过电位高、电势窗口小等问题，本发明提供一种具有超高甲酸选择性的二氧化碳电还原催化剂及其制备方法。这种对甲酸产物的高选择性发生在较低的过电位，且可以保持较宽的电势窗口，即在600mV的电势窗口(-0.1～-0.7V vs.RHE)内，产物中甲酸的选择性大于90％。