[发明专利]一种二氧化碳电催化反应系统及反应方法

权利要求书

1.一种二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：包括阴极区和阳极区，所述阴极区和阳极区之间设置有离子交换膜；

所述阳极区内置有阳极液和阳极电极，所述阳极液在阳极电极发生氧化反应并经所述离子交换膜作用为所述阴极区提供H⁺；

所述阴极区内置有阴极液、阴极电极和辅助件，所述阴极液为碳酸氢盐溶液，所述阴极电极上负载有二氧化碳还原催化剂，所述阴极电极与所述离子交换膜相对设置，所述辅助件用于与阴极电极、离子交换膜共同形成封闭腔体，封闭腔体上引入阴极液入口，阴极液由阴极液入口流入封闭腔体后透过阴极电极流出阴极区；阴极液由阴极液入口进入封闭腔体后与在H⁺作用生成CO₂，反应式为：H⁺+HCO₃^--→CO₂+H₂O；

CO₂随阴极液流动至阴极电极发生还原反应生成CO，反应式为：CO₂+H₂O+2e^-→CO+2OH^-。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述离子交换膜为阳离子交换膜，所述阳极液为酸性溶液，阳极反应式为：H₂O-2e^-→1/2O₂+2H⁺。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳催化反应系统，其特征在于：所述离子交换膜为双极膜，所述阳极液为碱性溶液，阳极反应式为：4OH^--4e^-→2H₂O+O₂。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述阴极电极上负载的二氧化碳还原催化剂为CoPC@CNT催化剂。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述CoPC@CNT催化剂的制备方法包括以下步骤：

将设定量的CoPC溶解在N-N二甲基甲酰胺中得到CoPC的饱和溶液；

向所述CoPC的饱和溶液中加入多壁碳纳米管，充分搅拌，使CoPC负载到多壁碳纳米管，制得。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述辅助件为板状的辅助板，辅助板上设置有贯穿板两侧的通腔，离子交换膜和阴极电极分置于通腔两端封堵所述通腔，使所述通腔形成所述封闭腔体，所述阴极液入口将所述阴极液引入所述封闭腔体内。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述阴极液为碳酸氢钾，浓度为0.75～3M。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述离子交换膜和阴极电极之间间距为2～8mm。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述阳极区还设置有阳极导流板，所述阳极导流板上设置有蛇形导流通道，所述阳极导流板与阳极电极贴合设置，阳极液在流经所述蛇形导流通道的路径中发生氧化反应。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述阴极电极为CoPC@CNT溶液滴于碳布上形成。

11.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：还包括阴极导流板，所述阴极导流板与阴极电极贴合设置，且设置在阴极电极背对离子交换膜的一侧，阴极导流板上设置有蛇形导流通道，阴极液透过阴极电极后经由蛇形导流通道流出。

12.根据权利要求1所述的二氧化碳电催化反应系统，其特征在于：所述阴极液由所述阴极液入口流入所述阴极区，流速为50～250ml/min。