[發明專利]鈀納米顆粒—活性炭復合材料及其在二氧化碳電催化還原中的應用

在審

• 申請號: 201810229551.3
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN110302777A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 鞏金龍;董浩;張雷;趙志堅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J35/00;B01J37/04;B01J37/34;C25B1/00;C25B11/06
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開鈀納米顆粒—活性炭復合材料及其在二氧化碳電催化還原中的應用，通過晶種生長法，通過調節前驅體濃度的用量，獲得不同的鈀納米顆粒，再與活性炭進行材料復合，最后作為電極材料，在電催化二氧化碳還原中的應用。本發明制備的材料具有二氧化碳催化還原性能優越，具有一定工業價值，有效緩解當今化石燃料短缺，環境污染嚴重問題。

技術領域

本發明涉及二氧化碳電催化陰極產一氧化碳電極領域，更加具體地說，具體為一種高指數晶面鈀金屬在二氧化碳電催化中的用途。

背景技術

從工業革命到現代社會，隨著人類生產力的提高，對于煤、石油等傳統化石能源的消耗越來越多，化石燃料的大量使用，不但造成了能源危機，同時在燃燒過程中產生大量二氧化碳。二氧化碳在大氣中的含量已經從19世紀的280ppm提高到了目前的385ppm，專家預計到2100年，大氣中的二氧化碳含量將達到600ppm，二氧化碳的迅速增加，會導致全球氣候變暖，引發海平面上升和土地荒漠化^1，2。那么利用風能、水能、太陽能等可再生能源發電來將二氧化碳轉化成有價值的能源，是解決這一難題的有效方法^3-5。但是由于二氧化碳本身的化學穩定性，很難被活化，導致所用的Au^6，7，Ag⁸，Cu⁹，目前的轉化效率不是很高。因此，尋找價格相對較低，同時活性高的金屬催化劑是目前研究的熱點。

金屬Pd具有一定的二氧化碳電催化活性，收到廣泛關注，比如Bao課題組通過制備Pd的金屬顆粒¹⁰，發現當粒徑在3nm左右時，催化活性很高，但是受到粒徑影響很大，當粒徑大時，活性急劇下降，而小粒徑的鈀顆粒，在反應過程中，很容易發生團聚現象，穩定性差，很難保持長時間的使用。對于研究二氧化碳的電催化的影響，還是簡單停留在粒徑和形貌上，沒有從更深入的方面進入研究。通過合理設計催化劑，對于鈀金屬表面的有效調控，將大大提升催化劑CO₂電催化活性，參考文獻如下：

1.Zhang,L.,Zhao,Z.J.,Gong,J.,Nanostructured Materials forHeterogeneous Electrocatalytic CO2 Reduction and their Related ReactionMechanisms.Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,11326-11353

2.Lu,Q.,Jiao,F.,Electrochemical CO2 reduction:Electrocatalyst,reaction mechanism,and process engineering.Nano Energy 2016,29,439-456.

3.Chen,Y.,Li,C.W.,Kanan,M.W.,Aqueous CO2 reduction at very lowoverpotential on oxide-derived Au nanoparticles.J.Am.Chem.Soc.2012,134,19969-19972.

4.Huang,H.,Jia,H.,Liu,Z.,Gao,P.,Zhao,J.,Luo,Z.,Yang,J.,Zeng,J.,Understanding of Strain Effects in the Electrochemical Reduction of CO2:UsingPd Nanostructures as an Ideal Platform.Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,3594-3598.

5.Luc,W.,Collins,C.,Wang,S.,Xin,H.,He,K.,Kang,Y.,Jiao,F.,Ag-SnBimetallic Catalyst with a Core-Shell Structure for CO2Reduction.J.Am.Chem.Soc.2017,139,1885-1893.