[发明专利]一种电化学催化转化二氧化碳合成一氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种电化学催化转化二氧化碳合成一氧化碳的方法。该方法采用由过渡后金属修饰的铜基催化剂/气体扩散电极复合材料、电解液、流动电解池装置组成的电化学催化体系。本发明首创性地设计了过渡后金属修饰的铜基催化剂/气体扩散电极复合材料作为阴极材料应用于高选择性、高电流密度地电化学催化转化二氧化碳合成一氧化碳。本发明所提供的电催化剂制备简单、价格低廉、稳定性良好，可以同时实现高电流密度、高选择性、长时间稳定地电催化转化二氧化碳为一氧化碳，极大地提高了铜基催化剂在二氧化碳电催化体系中的产物选择性效率及电流密度，具有潜在的工业化价值。

技术领域

本发明属于化学化工领域，具体涉及一种电化学催化转化二氧化碳合成一氧化碳的方法。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料的大量使用导致了大气中二氧化碳(CO₂)浓度的急剧增加。全球大气中的CO₂浓度已从1750年的280ppm上升到2021年的415ppm，引发了一系列环境问题，如全球变暖和海洋酸化等。CO₂是主要的温室气体之一，也是丰富、无毒、及可再生的C1资源。如何有效地减少以及转化和利用CO₂是人类最紧迫的任务之一。大量的研究工作致力于这一领域，并开发了多种转化和利用CO₂的方法，包括热化学法、生化法、电化学法、光化学法、放射化学法等。其中电化学催化转化CO₂由于温和的反应条件、可调控的反应产物、绿色清洁的反应过程及可再生的电力来源(核能、风能、潮汐能)受到了广泛关注。

在电催化CO₂转化过程中，经由多电子转移可以将CO₂转化为一氧化碳(CO)、烷烃、烯烃、醇类、酯类等高附加值碳基燃料和化学品。然而这些产物具有相似的氧化还原电位，导致对特定产物的选择性较差。因此，在电催化转化CO₂成为存储可再生能源的可行选择之前，需要解决高能效与选择性的问题。CO作为重要的工业气体原料，广泛用于金属加工、燃料、基础化学品的合成；特别是其作为合成气的成分之一，可通过费托化学进行下游加工，合成一系列有机化工产品。然而传统的CO制备方法所涉及的高温反应过程耗能且反应速度慢，并且产生不需要的副产物以及受到高成本的限制。电催化将CO₂转化为CO仅涉及两电子转移过程，其产物选择性高、分离过程简单、转化成本低。因此，将CO₂电催化转化为CO是在工业规模上实现CO₂电化学还原最经济和技术可行的方法。

催化剂为电催化反应的核心，设计并制备出具有高活性、高选择性和长寿命的电催化剂是CO₂电转化研究领域的首要任务。近年来很多研究专注于设计将CO₂转化为 CO的高效电催化剂。Au、Ag是CO₂还原至CO的良好催化剂，通过设计不同的Au、 Ag纳米结构，可以抑制其对析氢反应的活性，从而提高对CO产物的选择性。然而 Au、Ag催化剂为贵金属催化剂，其储量有限且价格昂贵，限制了其大规模的实际应用。因此，研究廉价高效的非贵金属催化剂是实现低成本电催化转化CO₂制备CO的关键科学问题之一。非贵金属铜基催化剂是CO₂电转化的重要研究体系之一，其具有可调控性可设计性，通过精确控制Cu基纳米催化剂的尺寸、组成、形貌和结构，辅以仪器表征等手段，对反应过程中催化剂的催化机理及所得不同产物的反应路径进行研究，有望实现高效、高选择性、可调控的CO₂电转化。然而现有的铜基催化剂体系难以同时实现高电流密度、高选择性、长时间稳定地电催化转化CO₂为CO。因此，研究廉价、高效、具有工业化前景的铜基催化剂至关重要，也是目前该领域的研究热点和重点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电极材料。

所述电极材料为过渡后金属修饰的铜基催化剂/气体扩散电极复合材料。