[發明專利]一種含低共熔溶劑的水基電解液及其應用

有效

• 申請號: 202010443364.2
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111534829B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 徐霞;林興宇;王肖肖;徐建;張楷
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C25B1/23
• 分類號: C25B1/23
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 徐文恭;陳波

本發明提供一種含低共熔溶劑的水基電解液及其應用，涉及水基電解液技術領域，該電解液由低共熔溶劑、表面活性劑及水組成，其中，低共熔溶劑的重量百分含量為1％?20％，表面活性劑的重量百分含量為0.1％?6％。低共熔溶液主要是由乙醇胺、二乙醇胺、N?甲基二乙醇胺作為氫供體，及其鹽酸鹽作為氫受體。表面活性劑為陽離子表面活性劑。電解液中低共熔溶劑的添加使CO₂還原過程產物選擇性增強，CO法拉第效率提升。

技術領域

本發明涉及水基電解液技術領域，具體涉及一種含低共熔溶劑的水基電解液及其應用。

背景技術

二氧化碳是主要的溫室氣體，其排放導致全球氣溫升高，由此帶來的環境問題關系到人類的生存和發展，是人類社會面臨的最嚴峻的挑戰之一。研究表明21世紀末CO₂排放量將使全球氣溫上升6℃，大大超過2℃的“安全線”，如果不采取措施必將帶來災難性的后果。礦物燃料燃燒導致大量排放CO₂，致使近年全球加速變暖。但是由于煤價格低廉而且燃燒技術發展成熟，引起人類對化石燃料的依賴性，在短時間內很仍是主要的能源來源。捕獲轉化二氧化碳的方法對遏制全球變暖有重要的作用。因此對溫室效應氣體的捕獲轉化是目前降低大氣中CO₂含量較為有效的方法之一，是近年來的研究重點。

電化學還原二氧化碳(CO₂RR)是一種綠色環保、變廢為寶的處理CO₂的方法，因為它可以以可持續的方式獲得廣泛的產品，過程中所需的電力來自可再生能源。整個還原過程的電勢電壓可控，易于操作；整個還原過程幾乎無廢水產生；整個還原過程所需要電能可來自太陽能、風能、地熱能、潮汐能等可再生能源，以及核電站、水電站低谷用電時的棄電，沒有新的CO₂排放；系統可根據需要進行任意調整。因此，電化學轉化技術很適合不同規模的工業應用。

CO₂電化學還原就是一個利用電能將CO₂在電解池的陰極上還原的過程，而OH-在陽極上被氧化成氧氣。限制CO₂電化學還原的主要障礙是高還原過電位。因此，改變電解質的組成是旨在提高CO₂電化學還原選擇性的主要方法之一，是實現高效還原的關鍵。

電化學還原CO₂體系的電解質主要分為水溶液體系和非水溶性體系兩大類。水溶液體系具體一氧化碳的溶解度低，并且在許多情況下，有必要抑制寄生氫的釋放反應。非水溶性介質的研究方向主要有甲醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide，DMF)等有機溶劑，離子液體及低共熔溶劑。非水系統可能會溶解更高濃度的CO₂，但非水體系有機溶液毒性大、電流密度低等缺點，后來人們開始利用離子液體作電解質。離子液體又被稱為室溫熔融鹽，是一種全部由正負離子組成的液體，在室溫附近很寬的溫度范圍內均為液態。由于離子液體合成工藝復雜，產生廢水，生產成本較高，高黏度，穩定性及循環再生利用也存在一些問題。低共熔溶劑(DES)是低毒且廉價離子液體的替代品。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種含低共熔溶劑的水基電解液及其應用，低共熔溶劑作為電解質在電化學還原CO₂方面有著低電位，高電流密度，高效的CO₂轉化效率，高效低能耗的CO₂還原等優點。由于氯化物鹽通常是最便宜的一種，因此也大大降低了電解質的成本，并為高通量實驗開辟了道路。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種含低共熔溶劑的水基電解液，該電解液由低共熔溶劑、表面活性劑及水組成，其中，低共熔溶劑的重量百分含量為1％-20％，表面活性劑的重量百分含量為0.1％-6％。