[發(fā)明專利]一種載銀碳?xì)饽z的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710990733.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN107761124B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國權(quán);喬莎;楊鳳林;周玉菲
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/00
• 分類號(hào): C25B1/00;C25B11/12;C25B11/08
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明提供了一種載銀碳?xì)饽z的制備方法及應(yīng)用，對二氧化碳進(jìn)行電催化還原生成低熱值燃料CO，屬于環(huán)境電化學(xué)材料制備和資源回收再利用技術(shù)領(lǐng)域。反應(yīng)中用制備的電極作為陰極，鉑片作為陽極，在外加電勢的作用下將曝入電解液中的二氧化碳還原生成CO。本發(fā)明的特點(diǎn)在于將穩(wěn)定的二氧化碳?xì)怏w在溫和的條件下高效轉(zhuǎn)化為低熱值燃料，實(shí)現(xiàn)了溫室氣體二氧化碳的回收再利用，且反應(yīng)器的設(shè)置使得產(chǎn)物和原材料氣體有效分離，避免了后續(xù)氣體分離的成本投入。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請?zhí)峁┝艘环N載銀碳?xì)饽z的制備方法及應(yīng)用，于環(huán)境電化學(xué)材料制備和資源回收再利用技術(shù)領(lǐng)域。二氧化碳作為一種主要的溫室氣體，如果能將其通過電化學(xué)方法回收轉(zhuǎn)化為低碳燃料，不失是一種很好的選擇。本研究利用碳?xì)饽z作為碳基底材料，涉及到陰極電極材料的制備，以及納米銀粒子的負(fù)載，使得電極對二氧化碳具有一定的電催化還原特性，且對產(chǎn)物CO有較高的選擇性。

背景技術(shù)

二氧化碳的回收利用有許多方法，其中電化學(xué)方法是一種較為溫和的方法，它在常溫常壓下就能將二氧化碳進(jìn)行催化，對外界條件要求低，且對環(huán)境友好，沒有二次污染。但是如果想要電催化生成的產(chǎn)物與當(dāng)今化工生產(chǎn)的整合更為理想，就需要催化劑對二氧化碳電催化還原的產(chǎn)物選擇性高，最好產(chǎn)物是單一的。目前，絕大多數(shù)二氧化碳電化學(xué)還原產(chǎn)物不是單一的，是一些組分的混合物，給后續(xù)的分離帶來巨大困難。在各類金屬中，Ag對二氧化碳電催化還原生成CO的選擇性較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境無危害，可以作為催化活性組分。其反應(yīng)機(jī)理為，溶解在水溶液中的二氧化碳分子得到電子轉(zhuǎn)化為自由基CO₂^·-，吸附到電極表面形成吸附態(tài)的然后結(jié)合氫離子生成·COOH，金屬Ag能夠緊密結(jié)合·COOH進(jìn)而將該自由基還原，·COOH在氫離子和所得電子的作用下生成吸附態(tài)的CO^·，而CO^·與Ag表面的結(jié)合力較弱，所以極易從金屬表面脫附下來，成為主要產(chǎn)物CO。

碳?xì)饽z是一種新型輕質(zhì)納米無定型碳素材料，其孔隙率高達(dá)80％～90％，比表面積可以達(dá)到500m²/g～1000m²/g，且具有很高的電導(dǎo)率，是一種理想的催化劑載體。

本發(fā)明首先通過溶膠凝膠法制備碳?xì)饽z，然后通過乙二醇還原法將金屬Ag負(fù)載至碳?xì)饽z上，得到對CO₂具有催化活性的載銀碳?xì)饽z，將其作為陰極材料，在外加電源的作用下將二氧化碳電催化還原成為CO，并考察了不同反應(yīng)參數(shù)下生成CO的電催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是主要針對CO₂電催化還原選擇性較低，電極材料壽命短暫等問題，制備出一種對CO選擇性較高，可以持續(xù)長時(shí)間運(yùn)行的陰極電極材料，在常溫常壓下對CO₂進(jìn)行電催化還原。本研究方法簡便易操作，反應(yīng)產(chǎn)物單一，對CO₂電催化還原的研究具有重要意義。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種載銀碳?xì)饽z的制備方法，步驟如下：

(1)將間苯二酚和甲醛按照1:2的摩爾比混合，加入去離子水，控制間苯二酚和甲醛的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％；然后加入催化劑Na₂CO₃，間苯二酚與催化劑的摩爾比為1000:1；將上述混合物在室溫下攪拌均勻，使反應(yīng)物充分混合；

(2)將上述混合液放入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，在25℃條件下反應(yīng)一天，50℃條件下反應(yīng)一天，90℃條件下反應(yīng)三天，混合物形成凝膠；

(3)將形成的凝膠置于體積百分比為3％的三氟乙酸的丙酮溶液中一天，進(jìn)行溶劑交換并中和催化劑的堿性；將凝膠取出，置于丙酮溶液中，每24h小時(shí)更換丙酮，直至將凝膠中的水分置換為丙酮；