[发明专利]负载型催化剂及其制备方法和应用、气体扩散电极及其制备方法和二氧化碳还原的方法

说明书

本发明公开了一种负载型催化剂，所述负载型催化剂的载体包括铜‑BTC，活性组分包括铜团簇；该负载型催化剂铜团簇/铜‑BTC作为电催化剂对二氧化碳气体进行活化并降低关键中间体的反应能垒，对电催化二氧化碳还原为多碳产物表现出高活性和选择性，并且该负载型催化剂的制备方法对环境友好，易于控制，具有反应周期短，产率高，成本低，产品质量稳定且形貌均一的优点，同时也为二氧化碳电化学还原体系提供了一种新途径。

技术领域

本发明涉及碳中和技术领域，具体地，涉及一种负载型催化剂及其制备方法和应用、气体扩散电极及其制备方法和二氧化碳还原的方法。

背景技术

全球碳平衡受到影响，造成环境问题并危及可持续发展。为了缓解能源危机和环境问题，需要开发和利用清洁能源。环境空气中不断增加的二氧化碳排放导致了日益恶化的全球变暖和海洋酸化问题。全球碳平衡受到影响，造成环境问题并危及可持续发展。为了缓解能源危机和环境问题，需要开发和利用清洁能源。

在过去的几十年里，二氧化碳转化被认为是降低大气二氧化碳浓度的有效途径，旨在维持生态系统的碳循环。受自然光合作用的启发，通过化学反应途径捕获和利用二氧化碳已成为近年来的研究热点，特别是先进的技术和设计合理的催化剂已引起广泛关注，以最大限度地提高二氧化碳转化效率。电力作为清洁和可再生能源，驱动二氧化碳还原反应可以在温和的反应条件下(即室温和环境压力)进行，以实现二氧化碳还原为增值化学品的生产。值得注意的是，作为惰性分子的二氧化碳需要过量的能量输入来活化，因此需要高效的催化剂来提供活性。此外，目前二氧化碳电还原反应系统仍然面临着各种问题和严峻的挑战，例如竞争性的析氢反应和其低电流密度以及对多碳产物的低选择性、低稳定性、超低转化率，这些都极大地限制了其在未来的实际应用。

因此，设计出一种具有高选择性、催化活性以及稳定性的电催化剂和二氧化碳电还原反应体系对于维持生态系统的碳循环和解决能源紧缺问题具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载型催化剂及其制备方法和应用、气体扩散电极及其制备方法和二氧化碳还原的方法，该负载型催化剂铜团簇/铜-BTC作为电催化剂对二氧化碳气体进行活化并降低关键中间体的反应能垒，对电催化二氧化碳还原为多碳产物表现出高活性和选择性，并且该负载型催化剂的制备方法对环境友好，易于控制，具有反应周期短，产率高，成本低，产品质量稳定且形貌均一的优点，该负载型催化剂还可以制备气体扩散电极，且制备得到的气体扩散电极可用于二氧化碳的还原反应，为二氧化碳电化学还原体系提供了一种新途径。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种负载型催化剂，该负载型催化剂的载体包括铜-BTC，活性组分包括铜团簇。

本发明第二方面提供了一种如上述的负载型催化剂的制备方法，该制备方法包括：

1)将铜源、还原剂和溶剂第一混合得到铜团簇溶液；

2)将所述铜团簇溶液与铜盐溶液、均苯三甲酸溶液第二混合，脱除溶剂，洗涤，真空干燥。

本发明第三方面提供了一种第一方面所述的负载型催化剂在气体扩散电极制备中的应用。

本发明第四方面提供了一种气体扩散电极，该气体扩散电极包含第一方面所述的负载型催化剂。

本发明的第五方面提供了一种上述气体扩散电极的制备方法，该方法包括：

1)将负载型催化剂分散在分散剂中，加入粘结剂得到混合物；

2)将步骤1)中所述混合物负载在碳纸上即得到所述气体扩散电极。

本发明的第六方面提供了一种催化二氧化碳电化学还原为多碳产物的方法，该方法包括：采用三电极体系将气体扩散电极组装在流动电解池中，通入二氧化碳气体和循环电解液进行二氧化碳电还原反应；

其中，所述气体扩散电极为本发明第四方面所述的气体扩散电极。