[發明專利]在雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解液體系中電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法

有效

• 申請號: 201810732645.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108796548B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 李春香;查冰杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25B3/04
• 分類號: C25B3/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

在雜多酸陰離子?乙腈?水三元電解液體系中電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法，它涉及一種電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法。本發明的目的是要解決現有二氧化碳還原方法耗能大的問題。方法：一、制備三元電解質溶液；二、制備乙腈?緩沖水溶液；三、電催化還原：①、裝配；②、預電解；③、電解得到電解后陰極電解液；四、分離，得到甲酸和乙酸。優點：制備得到的甲酸法拉第效率為20％～90％，乙酸法拉第效率為5％～70％。本發明主要用于電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸。

技術領域

本發明涉及一種電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法。

背景技術

二氧化碳(CO₂)作為一種無毒和豐富的碳資源，可以轉化為各種有價值的化學品和燃料，這已經引起了全世界的關注。但是二氧化碳作為碳的一種最高價存在形式具有非常高的化學熱力學和動力性穩定性，目前，解決這一問題主要依靠在高溫、高壓及加催化劑等條件下還原二氧化碳，主要有放射還原、化學還原、光催化還原、電催化還原以及CO₂催化加氫等；其中，電催化還原法優勢在于常溫常壓下即可實現反應，反應條件溫和、操作簡單，且在電還原過程中可通過控制電極及反應條件實現對產物選擇性合成。

由于甲酸、乙酸是化學工業中有用的原料，可用作燃料電池中的燃料，同時也是一種很好的儲氫材料，因此在過去幾年中，將二氧化碳電化學還原成甲酸、乙酸已成為一種非常有前途的研究方向。例如，與化學工業多步驟工藝相比，在將二氧化碳直接電催化還原成乙酸的過程中，該能效提高了四到五倍。由于工藝步驟的減少和高附加值化學品的形成，將二氧化碳直接電催化還原成乙酸在經濟上優于簡單的2e^-轉移反應，如CO或甲酸的生成過程。

目前，在眾多的二氧化碳還原方法中，雖能一定程度的達到碳資源再利用化，但是耗能大；而對二氧化碳電催化還原的研究又常常集中在簡單的2e^-轉移反應上，在電催化還原二氧化碳過程中生產較長鏈的化學品或燃料(即>C1的產物)仍是一個具有挑戰性的難題。

發明內容

本發明的目的是要解決現有二氧化碳還原方法耗能大的問題，而提供在雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解液體系中電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法。

在雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解液體系中電催化還原二氧化碳制備甲酸和乙酸的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備三元電解質溶液：將乙腈加入緩沖水溶液中，混勻得到乙腈-緩沖水溶液，然后向乙腈-緩沖水溶液中加入雜多酸陰離子的室溫離子液體，混勻后得到雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解質溶液；所述緩沖水溶液的pH為3.3～4.3；所述乙腈與緩沖水溶液的體積比為3:2；所述雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解質溶液中雜多酸陰離子的濃度為1.517mmol/L～2.275mmol/L；

二、制備乙腈-緩沖水溶液：將乙腈加入緩沖水溶液中，混勻得到乙腈-緩沖水溶液，所述緩沖水溶液的pH為3.3～4.3；所述乙腈與緩沖水溶液的體積比為3:2；

三、電催化還原：

①、裝配：利用Nafion117陽離子交換膜將H型雙室電化學電解池分離成陰極室和陽極室，以雜多酸陰離子-乙腈-水三元電解質溶液作為陰極電解液，以乙腈-緩沖水溶液作為陽極電解液，將陽極電解液和陰極電解液分別加入H型雙室電化學電解池的陽極室和陰極室中，以銦片作為工作電極，參比電極為Ag/AgCl電極，對電極為Pt片(陽極)；②、預電解：在-0.5V～-2V的恒定電壓下對陰極電解液進行預電解，預電解0.5h～1h；③、電解：先向陰極電解液中通入CO₂，至陰極電解液中CO₂飽和為止，然后在-0.5V～-2V的恒定電壓下電解100～140h，得到電解后陰極電解液；

四、分離：