[發明專利]一種二氧化碳電還原陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 201610829504.3
• 申請日: 2016-09-19
• 公開（公告）號: CN107841764B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 鐘和香;張華民;邱艷玲;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C25B11/12
• 分類號: C25B11/12;C25B11/06;C25B3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種二氧化碳電還原陰極，其特征在于：所述陰極結構是以碳紙、碳氈或碳布作為基底，在基底的一側表面依次附著有兩層不同孔徑的催化層，按順序依次為基底、大孔徑雜原子摻雜的納米碳層、小孔徑的金屬和雜原子摻雜納米碳層；

基底層厚度為100-400μm；

大孔徑雜原子摻雜納米碳層厚度為50~120μm；小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層厚度為60μm ~150μm；

大孔徑雜原子摻雜納米碳層是指孔徑為50 nm-1μm孔體積占大孔徑雜原子摻雜納米碳層總孔容30-60%，大孔徑雜原子摻雜納米碳層中的雜原子摻雜納米碳材料比表面不低于60m²/g；

小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層是指孔徑為0.1 nm~50 nm的孔體積占小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層總孔容50%-90%，小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層中碳材料比表面不低于600 m²/g；

所述大孔徑雜原子摻雜納米碳層中的雜原子為N或P，所述小孔徑金屬和雜原子摻雜碳層中的金屬為鐵或鈷，雜原子為N。

2.按權利要求1所述二氧化碳電還原陰極，其特征在于：所述大孔徑雜原子摻雜納米碳層位于基底層表面；所述小孔徑金屬和雜原子摻雜碳層位于大孔徑雜原子摻雜納米碳層表面。

3.按權利要求1所述二氧化碳電還原陰極，其特征在于：所述基底層為處理過的碳紙、碳氈或碳布；其處理過程為：在200～600^oC在空氣中進行處理，然后在乙醇和/或丙酮中進行除油處理清洗；而后在其表面噴涂0.01 mg/cm²～0.5 mg/cm² 質子傳導劑或親水劑；所述質子傳導劑為全氟磺酸樹脂或磺化度20%-70%磺化聚醚醚酮；所述的親水劑為納米SiO₂。

4.根據權利要求1所述的陰極，其特征在于：所述大孔徑雜原子摻雜納米碳層由雜原子摻雜納米碳和粘結劑組成，其中粘結劑的添加量為雜原子摻雜納米碳層重量的5～20％，粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸、氟磺酸樹脂或磺化度為20%-70%磺化聚醚醚酮中的一種或二種以上；納米碳的粒徑10-200 nm，大孔徑雜原子摻雜納米碳層中雜原子含量為0.5-20wt%。

5.根據權利要求1所述的陰極，其特征在于，所述小孔徑金屬和雜原子摻雜碳層由金屬、雜原子摻雜納米碳和質子導體組成，其中質子導體與金屬和雜原子共摻雜納米碳的質量比的1：3～3：1；所述質子導體為全氟磺酸樹脂或磺化度為20%-70%磺化聚醚醚酮；所述納米碳的粒徑10-100 nm，小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層中雜原子含量為0.2-10wt%， 金屬含量為0.01-20wt%。

6.根據權利要求1所述的陰極，其特征在于，大孔徑雜原子摻雜納米碳層厚度為50-80μm；小孔徑金屬和雜原子摻雜納米碳層厚度為70-100μm。