[發明專利]陰極催化劑，陰極材料及其制備方法及反應器

有效

• 申請號: 201210517797.3
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103849885A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 郭建偉;趙晨辰;何向明;王莉;李建軍;高劍
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B11/03;C25B9/00;C25D7/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種陰極催化劑，陰極材料及其制備方法，以及包含該陰極材料的反應器，用于二氧化碳電化學還原轉化利用。

背景技術

以化石能源為核心的資源枯竭問題和以氣候變化為核心的環境問題是當前人類面臨的兩大危機。自工業革命以來的上百年里，大量使用化石能源導致其資源短缺，對環境也產生了嚴重的負面影響,?以地球變暖為核心的全球環境問題日益嚴重，已經成為威脅人類可持續發展的主要因素之一，削減溫室氣體排放以減緩氣候變化成為當今國際社會關注的熱點。大量含碳能源的消耗加快了CO₂排放速度，打破了自然界CO₂循環的平衡，造成CO₂在大氣中的積累，一方面形成溫室效應引起氣候變化，另一方面造成了碳源流失。利用可再生能源將CO₂轉化成含碳的化工原料或燃料則是實現能源和環境可持續發展亟待解決的關鍵課題。

目前，資源化利用CO₂主要通過化學轉化、光化學還原、電化學還原、生物轉化、CO₂與甲烷的重構或CO₂的無機轉化等方式進行。由于CO₂是不活潑分子，化學性質穩定，因此利用化學轉化需要在高溫以及高壓條件下進行，而且CO₂的轉化率和回收率都不高，目前還難以商業化應用。

與其他CO₂轉化利用路線相比，電化學還原轉化頗具吸引力。電化學還原CO₂在常溫常壓下即可進行反應，反應條件溫和且操作簡單。另外，在電化學還原過程中，可通過電壓、電流、溫度等調節反應的選擇性，有助于對產物的選擇性合成。在電化學還原CO₂的過程中，陰極材料中催化劑的性能是決定電化學還原CO₂效率的決定性因素之一。現有技術中用于電化學還原CO₂的陰極材料中通常采用單一的金屬或合金催化劑，然而在實際反應過程中存在反應活性較低，析氫嚴重，材料性能不穩定等問題，從而造成CO₂的轉化率低。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種用于二氧化碳電化學還原轉化，反應活性較高，且具有較高轉化率的陰極催化劑、包含該陰極催化劑的陰極材料，以及應用該陰極材料的反應器以及轉化利用方法。

一種陰極催化劑，用于二氧化碳電化學還原轉化利用，包括一第一催化劑層，以及一第二催化劑層設置在所述第一催化劑層表面，其中，所述第二催化劑層為一多孔結構。

一種陰極材料，用于二氧化碳電化學還原轉化利用，包括所述陰極催化劑。

一種反應器，用于二氧化碳電化學還原轉化利用，包括：一電源；一腔體；一電解質隔膜設置在該腔體中，并將該腔體分隔為陰極室以及陽極室；一陽極設置在所述陽極室內，以及一陰極設置在所述陰極室內；所述電源的兩端分別與所述陰極與陽極電連接；所述陰極包括所述陰極材料。

一種陰極材料的制備方法，該陰極材料用于二氧化碳電化學還原轉化利用，包括以下步驟：配置一電鍍沉積液；以一第一催化劑片為電鍍陰極，以及一第二催化劑材料為電鍍陽極在所述電鍍沉積液中進行電沉積，使所述第二催化劑材料沉積在所述第一催化劑片上形成一鍍層，其中所述第一催化劑片和第二催化劑材料選用不同的材料；以及干燥該具有鍍層的第一催化劑片，形成所述陰極材料，其中，該陰極材料中所述鍍層為一多孔結構，且該鍍層與所述第一催化劑片之間為物理結合。

相較于現有技術，本發明實施例采用一雙催化劑層作為二氧化碳電化學還原的陰極催化劑，并且其中一催化劑層為多孔結構，該兩層催化劑層的材料不同且之間為物理結合，從而在該兩層催化劑層的界面結合處可以產生較好的協同效應，從而一方面可以提高該陰極催化劑的穩定性和催化活性，另一方面在二氧化碳轉化過程中可以有效地抑制析氫反應，提高二氧化碳轉化產物的生成效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的陰極催化劑的結構側視示意圖。

圖2為本發明實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的陰極催化劑中第二催化劑層的結構示意圖。

圖3為本發明另一實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的陰極催化劑的結構側視示意圖。

圖4為本發明實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的陰極材料的結構側視示意圖。

圖5為本發明實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的陰極材料的制備方法的流程圖。

圖6為本發明實施例提供的用于二氧化碳電化學還原轉化的反應器的結構示意圖。