[发明专利]将金属气凝胶催化材料用于制备阴离子膜电解池电催化还原CO2反应的用途

权利要求书

1.将金属气凝胶催化材料用于制备阴离子膜电解池电催化还原CO₂反应的用途，其特在于，包括如下步骤：

(1)金属气凝胶催化材料的制备：

分别将金属前驱体和还原剂溶解在超纯水中，将新鲜配制的还原剂水溶液，快速加入金属前驱体溶液中，并持续搅拌，然后在室温下静置、老化得到水凝胶，随后在一定温度下冷冻干燥一段时间后得到用于阴离子膜电解池的金属气凝胶催化材料；

(2)阴极气体扩散电极的制备：

将步骤(1)制备的金属气凝胶或含金属气凝胶的复合材料加到含有Nafion溶液的醇类有机溶剂中形成均匀的催化剂墨水，将所得催化剂墨水通过浸渍或者喷涂的方式涂覆到疏水性碳纸上形成阴极气体扩散电极；

(3)阴离子膜电解池器件装配：

按照阴极流场板、阴极垫片、阴极气体扩散电极、阴离子膜、阳极材料、阳极垫片、阳极流场板的顺序进行装配，使得相邻部件之间保持良好的面接触；

(4)阴离子膜电解池器件测试：

将步骤(3)装配好的器件依次接好气液管路，电极接触线和控温装置，气体扩散电极浸渍在CO₂饱和的水相电解液过夜，取出后使用超纯水洗涤以去除残留的电解液备用；

阴极流场直接通入干燥的CO₂作为原料进入阴极的气体传输层，在气态CO₂、液态电解液和固态催化剂的三相界面进行CO₂还原反应。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述金属前驱体为由银盐、金盐、钯盐、铋盐和锡盐中的任意一种或者几种金属盐组成；还原剂可以为硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸或者水合肼中的一种。

3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述金属前驱体为由银的硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐，金的氯化盐，钯的氯化盐、铋的硝酸盐和锡的氯化盐等任意一种或者几种金属盐组成。

4.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(1)中，所述还原剂的元电荷摩尔量与金属前驱体的元电荷摩尔量之比在1～2之间，金属前驱体溶液和还原剂水溶液的浓度均为0.05mol/L；持续搅拌的时间为一分钟，冷冻干燥的温度为-50℃，时间为48h。

5.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(2)中，含金属气凝胶的复合材料指的是将金属气凝胶与碳材料进行复合，其中碳材料包括导电碳黑、碳纳米纤维、碳纳米管或石墨烯，所述醇类有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇。

6.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(3)中，所述阴离子膜为固体聚合物电解质(SPE)膜；所述阴极流场板采用蛇形流场，材质为石墨；阳极材料为商品铂电极；阳极流场板采用网状流场，材质为耐腐蚀金属钛。

7.如权利要求1所述的用途，其特征在于，步骤(4)中，所述的CO₂饱和的水相电解液包括CO₂饱和的NaHCO₃溶液、KHCO₃溶液、KCl溶液、K₂SO₄溶液、磷酸盐缓冲溶液或者硼酸盐缓冲溶液。