[發明專利]利用銦氧化物電極還原二氧化碳至產物

有效

• 申請號: 201380051223.4
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN104823306B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 安德魯納·B·博卡塞萊;扎契瑞·M·德塔韋勒
• 申請（專利權）人: 液體光有限公司;普林斯頓大學理事
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 王田

政府利益

本發明是在國家科學基金會授予的資助CHE-0911114下利用美國政府支持完成。美國政府具有本發明的一定權利。

技術領域

本發明總體涉及化學還原技術領域，尤其涉及一種用于二氧化碳還原至產物的方法和/或設備。

背景技術

在生產活動中，如發電、運輸以及生產制造等，化石燃料的燃燒每年都會產生數十億噸的二氧化碳。自二十世紀七十年代以來的研究表明，大氣中二氧化碳濃度的增加可以就是全球氣候變化的原因，如海洋pH值的變化以及其它潛在的殺傷效應。世界各國，包括美國，都正在尋找減少二氧化碳排放的方法。

減排的機理是將二氧化碳轉化為對經濟有用的物質，比如燃料和工業化學品。如果使用再生能量源的能量轉化二氧化碳，減少二氧化碳的排放和將可再生能量源轉化為可以被存儲以備后用的化學形態都是有可以的。電化學和光化學都是二氧化碳轉化的途徑。

優選實施例概述

本公開涉及一種二氧化碳的電化學還原的方法。該方法包括在電化學電池的第一隔室中引入一陽極電解液，其中該第一隔室包括一陽極。該方法還包括在所述電化學電池的第二隔室中引入一陰極電解液和二氧化碳。該方法還可包括氧化一銦陰極以產生一氧化銦陰極。該方法還包括引入所述氧化銦陰極至所述第二隔室。該方法進一步包括在所述陽極及所述氧化銦陰極之間施加一電勢足以使所述氧化銦陰極將所述二氧化碳還原為一還原產物。

本公開涉及一種二氧化碳電化學還原方法。該方法包括在電化學電池的第一隔室中引入一陽極電解液，其中該第一隔室包括一陽極。該方法還包括在所述電化學電池的第二隔室中引入一陰極電解液和二氧化碳，其中該第二隔室包括一陽極氧化的銦陰極。該方法進一步包括在所述陽極及所述陽極氧化的銦陰極之間施加一電勢足以使所述陽極氧化的銦陰極將二氧化碳還原為至少甲酸鹽。

本公開涉及一種二氧化碳電化學還原的系統。該系統包括一電化學電池。所述電化學電池包括：第一隔室，一設置在所述第一隔室內的陽極，一第二隔室，一插在所述第一隔室和所述第二隔室之間的分離器，所述第二隔室包含一電解質，所述第二隔室內設置有一陽極氧化的銦陰極。該系統可進一步包括一能量源，其可操作地耦合所述陽極和所述陽極氧化的銦陰極，其中所述能量源被構形用以在所述陽極和所述陽極氧化的銦陰極之間施加一電壓以在所述陽極氧化的銦陰極上還原二氧化碳為至少甲酸鹽。

附圖簡要說明

通過參考下列附圖和所附的權利要求，本領域技術人員可更好地明白本發明的這些和其它目的、特點和優點：

圖1是根據本發明優選實施例所述的系統的框圖；

圖2A是二氧化碳電化學還原方法一個實施例的流程圖；

圖2B是二氧化碳電化學還原方法另一個實施例的流程圖；

圖3A是銦電極在氬氣及二氧化碳氣體中的電流對電位的圖示；

圖3B是圖3A所述的系統中銦電極在二氧化碳氣體中峰值電流對掃描率平方根的圖示；

圖3C是圖3A所述的系統中銦電極在其相應的二氧化碳分壓后峰值電流對壓力的圖示；

圖4A是陽極氧化的銦電極的表面掃描電子顯微照片（SEM）圖；

圖4B是圖4A中的陽極氧化銦電極的X射線光電子能譜分析圖（XPS），以結合能顯示計數；

圖4C是圖4A中的陽極氧化銦電極的振動頻譜分析圖，表示透射便粉筆對波數；

圖4D是圖4A中的陽極氧化銦電極的X射線衍射分析圖（XRD），顯示角衍射強度；

圖5是各種散裝電解銦的電極相對飽和甘汞電極的兩個電位的法拉第效率示意圖；

圖6A是陽極氧化銦電極在二氧化碳氛圍中進行控制電位電解后的掃描電子顯微照片圖像；

圖6B是圖6A中陽極氧化銦電極的X射線光電子能譜分析圖，顯示用結合能計數；

圖6C是圖6A中的陽極氧化銦電極的振動頻譜分析曲線圖，顯示透射率百分比對波數；以及

圖7是電流相對于飽和甘汞電極電位的電流密度曲線圖。

具體實施方式

依照本發明的一些實施例，提供可在水溶液中將二氧化碳轉換為還原產物的電催化系統。優選實施例中采用陽極氧化的銦電極進行二氧化碳的還原。在一個優選系統中，以電極可以采用化學處理以產生陽極氧化的電極。一些實施例總體涉及將二氧化碳轉化為一些還原的有機產物，譬如甲酸鹽。現已經發現在低反應過電位下二氧化碳被進行有效轉化。