[发明专利]原位生成无定形碳包覆贵金属催化剂电极及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体为原位生成无定形碳包覆贵金属复合催化剂电极及其制备方法。本发明通过简单的超声热分解，直接将催化剂原位生长在气体扩散层上，将催化剂的合成与负载相融合为一个步骤，有效降低电极的制备时间与成本；所制备的电极中有效活性组分为贵金属纳米颗粒，贵金属元素作为催化活性位点与无定形的碳载体之间产生特殊的核壳结构，可增强活性组分与载体之间的相互作用力，有利于电荷转移和反应物的吸附，促进反应的发生，提升催化剂活性。本发明制备工艺简单，所得阴极有活性高的特点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种原位生成无定形碳包覆贵金属复合催化剂电极及其制备方法。

背景技术

工业不断的发展导致大气中温室气体二氧化碳含量不断升高，全球气温不断升高带来很多环境问题，严重影响人类生产生活。在众多处理二氧化碳的方法中，电化学还原是具有应用前景的，这是因为它不仅可以高效利用可再生能源，同时还可以产生用于生产生活中的燃料。因此，电催化还原二氧化碳是十分有希望实现“碳中和”。

电催化二氧化碳还原电解池中的阳极反应为氧化反应，阴极反应为二氧化碳还原反应。其中，阴极二氧化碳还原反应产物众多，主要有C1产物(一氧化碳、甲酸盐等)，C2产物(乙酸，乙醇和乙烯等)和C3产物(正丙醇等)。二氧化碳还原反应涉及复杂的多电子和质子转移过程，包含一系列催化反应的复杂过程，反应途径受催化剂、电解液pH和阳离子等多种因素的影响。电催化二氧化碳还原能够实现工业化，要求催化剂实现在高的电流密度下单一产物的性能。在众多产物中，一氧化碳和甲酸盐能够比较容易实现90％以上的选择，但在实际经济分析中，一氧化碳更有经济价值。现有的催化剂很容易做到高的一氧化碳选择性，但是要想在高的电流密度下保持高的选择性依旧很困难，这极大地限制了二氧化碳还原电解池的产业化。所以寻找高性能，低成本，合成简单的二氧化碳还原催化剂电极成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位生成无定形碳包覆贵金属催化剂电极及其制备方法，在提高电催化二氧化碳还原的效率的前提下，同时降低电极制备时间和生产成本。

本发明提供的原位生成无定形碳包覆贵金属催化剂电极的制备方法，具体步骤为：

(1)将无定形碳载体、贵金属前驱盐和粘合剂加入至水与有机溶剂的混合溶液中，使用超声仪超声，使无定形碳载体充分分散，得到分散溶液；

(2)将分散溶液喷涂或滴涂于放置在热台上的气体扩散层上，并蒸干溶剂；

(3)将上述气体扩散层放置于管式炉中退火，通入保护气体，在一定温度下使所述贵金属前驱盐分解成贵金属颗粒，同时所述无定形碳载体形成球壳包覆在贵金属颗粒上，即得到复合催化剂电极。

进一步地，步骤(1)中所述贵金属元素选自Ag，Au、Pt和Pd中的一种。无定形碳载体与贵金属元素的摩尔配比为1:(0.1-0.33)。

进一步地，步骤(1)中所述贵金属前驱盐为贵金属的卤化物、贵金属硝酸盐，贵金属硫酸盐、贵金属磷酸盐、贵金属乙酸盐或贵金属酯化物中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述无定形碳载体选自导电炭黑super P、导电炭黑XC-72、导电炭黑乙炔黑、导电炭黑BP2000中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述粘合剂选自Nafion溶液、聚偏二氟乙烯溶液及聚四氟乙烯溶液中的至少一种。

进一步地，步骤(1)中所述混合溶液中，有机溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、二甲基亚砜、四氢呋喃中的至少一种，水与有机溶剂的体积比为1：(0.1-5)。

进一步地，步骤(1)中所述超声温度为0℃至45℃，超声时间为1小时至12小时。