[发明专利]一种电化学还原二氧化碳制备多孔碳质材料的方法

说明书

本发明公开了一种电化学还原二氧化碳制备多孔碳质材料的方法，具体包括以下步骤：（1）将离子液体、有机溶剂、水混合得到复配溶液，作为阴极电解液待用；所述离子液体中阳离子为[Omim]⁺或P(C₄H₉)₃⁺；（2）将阴极电解液、阳极电解液分别加入H型双室电解池的阴、阳极室内，并向阴极电解液中通入二氧化碳至饱和，然后安装对电极、参比电极以及预处理后的工作电极；（3）向阴极电解液中连续通入二氧化碳进行恒电位电解反应，反应结束后，收集工作电极表面富集的多孔碳质材料。本发明利用特定离子液体作为电解液，可选择性地将二氧化碳电化学还原为具有高比表面积的多孔碳质材料和氧气，在实现CO₂减排及人工碳循环方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及二氧化碳处理及多孔碳质材料制备技术领域，具体涉及一种电化学还原二氧化碳制备多孔碳质材料的方法。

背景技术

CO₂是一种廉价、丰富、天然的碳源，如何能将 CO₂有机资源化循环利用，在循环经济和环境保护领域均具有重要的意义。将捕集固定的CO₂进行转化的方法有很多，常规的热力学方法是利用CO₂生成尿素、天然气、甲醇等产品，虽然消耗了一部分CO₂，但其整个工艺产生却产生了更多的CO₂。近年来，电化学还原、光化学还原和光电化学等新型CO₂转化方法成为人们研究的焦点，其中电化学还原具有绿色高效、设备投资小，容易操作等特点而得到广泛关注，另外利用可再生能源进行CO₂的电化学转化，还为解决风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的存储提供了一条可行的途径，因此电化学还原CO₂的方式被认为是最适合的一种转化CO₂的方式。

离子液体作为一种室温熔盐体系，由于具备导电能力强、电化学窗口宽等优良特性而被广泛应用于电池、电沉积、电容器、传感器等电化学领域。离子液体中阳离子基团的稳定性很高，可保证CO₂电化学转化反应高效进行。以室温熔盐为电解液的CO₂电化学转化技术是利用室温熔盐（离子液体复配溶液）电解质吸收捕集CO₂并在室温熔盐电解池中电分解捕获的CO₂，捕获过程既可在电解槽中原位进行，也可在电解的前端实现。在这一技术中，水分子在对电极上分解为H⁺和O₂，烟气中的CO₂得电子形成CO₂^-，CO₂^-在工作电极得到电子还原为C或者CO。在此过程中，室温熔盐电解质不会发生分解而消耗。

与CO相比，碳不仅是燃料，还可以是功能材料，因此有着更高的经济价值和更广泛的应用前景。此外，由于在相对较低的电解温度条件下，固态产物碳在热力学上更容易生成，易于与电解槽中的产生的气体分离，便于储存和运输，因此在室温熔盐中捕获CO₂制备高附加值的碳材料是CO₂电化学资源化的一个比较理想的选择。

基于此，如何将CO₂通过电化学技术选择性转化为高附加值的碳材料，实现CO₂减排及人工碳循环，是目前亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电化学还原二氧化碳制备多孔碳质材料的方法，本发明采用特定的离子液体作为阴极电解液，在H型双室电解池的三电极体系中，将二氧化碳选择性电催化还原得到多孔碳质材料，其法拉第效率高达86.5%。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种电化学还原二氧化碳制备多孔碳质材料的方法，包括以下步骤：