[发明专利]一种基于微纳气泡辅助的电化学反应器

说明书

本发明公开了一种基于微纳气泡辅助的电化学反应器，包括阴极组件，具有流道以及置于流道内的阴极催化剂；阳极组件，所述阳极组件与所述阴极组件之间由离子交换膜隔离；微纳气泡生成组件，所述微纳气泡生成组件与所述流道连通，所述微纳气泡生成组件产生的微纳气泡于所述流道内穿流并经过所述阴极催化剂。本发明的反应器集成了二氧化碳微纳气泡生成组件，微纳气泡通入电化学反应器后会在反应器内形成稳定气‑液两相流动，并在电极表面形成扰动，有助于强化反应产物的脱附和传递。

技术领域

本发明属于有机化合物合成技术领域，具体涉及到一种基于微纳气泡辅助的电化学反应器。

背景技术

电化学还原二氧化碳制碳氢化合物是一种电能直接驱动的气-液-固多相电催化反应。电化学二氧化碳还原反应是一个同时需要气 (二氧化碳分子)-液(电解液中的氢离子)-固(电极表面反应活性位点)参与的多相催化反应，二氧化碳分子和氢离子的供给、电极表面催化剂的本征活性等均会对二氧化碳转化产生关键影响。然而，由于二氧化碳的在水中的溶解度极低(0.034mol/L)且二氧化碳本身反应活化能垒高，电极表面竞争性的析氢反应(氢离子还原成氢气)导致二氧化碳还原反应产物选择性差，极大的抑制了电催化二氧化碳转化技术的工业应用。

目前，已有研究分别从构建超疏水电极表面[P.Yue,Q.Fu,J.Li,L.Zhang,L.Xing,Z.Kang,Q.Liao,X.Zhu,Triple-phase electrocatalysis for the enhanced CO2reduction to HCOOH on a hydrophobic surface,Chem.Eng.J.405(2021)126975.]、设计基于气体扩散电极新型电化学反应器如碱性流动池[]和膜电极反应器[]等角度出发来强化二氧化碳的供给，并进一步抑制析氢副反应。对于构建超疏水电极表面这类方法，常见的方法是采用氟化物或烷基硫化物等疏水涂层对电极表面进行修饰。疏水涂层的引入会导致电化学还原活性位点(固体)与电解质(液体)之间的接触变差，从而抑制二氧化碳还原电流密度的提升；疏水涂层在长时间运行过程中的稳定性也是存在争议的。而对于基于气体扩散电极的新型电化学反应器，其通过构建疏水多孔层来实现二氧化碳的直接供给，然而如碱性流动池反应器内扩散层长时间运行过程中积盐、膜电极反应器中扩散层内的水淹等问题会导致二氧化碳传递路径堵塞，使得二氧化碳还原性能急剧衰减。

为此，保证二氧化碳的稳定充分供给、确保高效的三相接触(二氧化碳分子、电解液中的氢离子、固态催化剂之间)对提升二氧化碳转化、抑制析氢副反应非常关键。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

本发明的其中一个目的是提供一种基于微纳气泡辅助的电化学反应器，该反应器集成了二氧化碳微纳气泡生成组件，微纳气泡通入电化学反应器后会在反应器内形成稳定气-液两相流动，并在电极表面形成扰动，有助于强化反应产物的脱附和传递。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于微纳气泡辅助的电化学反应器，包括，

阴极组件，具有流道以及置于流道内的阴极催化剂；

阳极组件，所述阳极组件与所述阴极组件之间由离子交换膜隔离；

微纳气泡生成组件，所述微纳气泡生成组件与所述流道连通，所述微纳气泡生成组件产生的微纳气泡于所述流道内穿流并经过所述阴极催化剂。