[發(fā)明專利]一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010540150.7
• 申請日: 2020-06-13
• 公開（公告）號: CN111676482B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘和香;刁國華;張晶;潘立衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B3/26;C25B11/091;C25D3/38;C25D5/18;C25D9/04;B01J35/02;B01J35/00;B01J23/72
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

1.一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，包括催化劑，所述催化劑為有序核殼催化劑，所述催化劑為Cu-空位銅/Cu₂O，其中Cu-空位銅為殼體，Cu₂O為核體，所述催化劑的組成成分為：Cu 50～90wt％、空位銅5～30wt％、Cu₂O 5～20wt％，所述二氧化碳電化學(xué)還原用電極的制備方法包括：

S1：將銅網(wǎng)、泡沫鎳、銅箔基底層，用水、乙醇或丙酮清洗，然后在質(zhì)量濃度為50％～95％的H₃PO₄中，并在恒電位的電壓為3～5V的條件下進(jìn)行整平5s～1200s，之后洗滌、干燥備用；

S2：將基底層浸入一定量的氫氧化鈉與氧化劑的混合物中，所述氫氧化鈉的濃度0.5～4M，所述氧化劑的濃度為0.01～0.2M，所述氫氧化鈉和氧化劑的比例為5～80:1，化學(xué)氧化30s～120min，清洗干凈后，在40℃-150℃干燥得到CuO_x納米線/Cu基底層；

S3：將銅鹽、硫酸與穩(wěn)定劑混合，用磁力攪拌30～120min形成前驅(qū)體銅鹽溶液，在惰性氣氛保護(hù)下，常溫下，以變電流密度在CuO_x納米線/Cu基底層表面電沉積催化劑，制備得到電極，所述的變電流電沉積中，第一步的沉積電流密度為-100～-200mA. cm^-2,電沉積的時(shí)間為5～120s；第二步的沉積電流密度為-5～-100mA. cm^-2,沉積時(shí)間為60～2000s；

S4：將制備完的電極置于CO₂飽和的電解液中以恒電流密度進(jìn)行還原20～10000s，洗滌，并利用惰性氣體干燥，制備得到氣體擴(kuò)散電極；

S5：將制備完的氣體擴(kuò)散電極在濃度為36～38％的濃鹽酸溶液中浸泡10～30min，清洗、干燥制備得到銅電極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述氧化劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、過氧化氫、重鉻酸鉀中的一種或二種，且所述氧化劑的濃度為0.015～0.12M，所述氫氧化鈉的濃度為0.5～2M；所述氫氧化鈉和氧化劑的比例為10～40:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述前驅(qū)體銅鹽溶液為Cu(NO₃)₂·3H₂O、CuCl₂·2H₂O、CuSO₄·5H₂O，其中銅離子的濃度為1mM～1.4M，利用硫酸調(diào)節(jié)銅鹽溶液的pH至0.5～2.0，所述的穩(wěn)定劑是聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸三鈉、乙二胺四乙酸二鈉中的一種，所述穩(wěn)定劑與銅鹽中Cu的濃度比例為20:1～1:30。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述銅離子的濃度為300mM～1.0M。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述穩(wěn)定劑與銅鹽中Cu的濃度比例為10:1～1:15。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述的變電流電沉積中，第一步的沉積電流密度為-100～-150mA. cm^-2,電沉積的時(shí)間為20s～60s；第二步在沉積電流密度為-30～-70mA. cm^-2,沉積時(shí)間為300s～1000s。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳電化學(xué)還原用電極，其特征在于，所述CO₂飽和的電解液為KHCO₃、NaHCO₃、NaOH、KOH、NaCl、KCl、KBr、或NaBr中的一種或二種以上，所述CO₂飽和的電解液濃度為0.02～2M，所述恒電流的電流密度為-5mA. cm^-2～-150mA. cm^-2，還原時(shí)間為10～5000s。