[發(fā)明專利]用于電化學(xué)還原CO2

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110015717.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112642434A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾尚紅;劉尚鵬;吳進(jìn)芳;趙原松;薛雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/80
• 分類號(hào): B01J23/80;B01J35/02;C01B32/40
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種花簇狀Cu₂O負(fù)載ZnO催化劑的制備方法，并將該催化劑用于電催化還原CO₂高選擇性地制備CO燃料。該催化劑以六水合硝酸為原料，氫氧化鈉為沉淀劑，檸檬酸鈉為表面活性劑，溶劑熱法合成花簇狀ZnO載體；再以五水硫酸銅為原料，水合肼為還原劑，采用快速熱還原法合成不同Cu₂O含量的Cu₂O負(fù)載ZnO納米材料。本發(fā)明催化劑為ZnO載體顆粒與片相結(jié)合的花簇狀，Cu₂O負(fù)載在ZnO表面且分散均勻，此類催化劑對(duì)電催化還原CO₂制備CO的應(yīng)用研究較新穎。本發(fā)明催化劑制備方法和過(guò)程簡(jiǎn)單易行，原料價(jià)格低廉，電化學(xué)性能較好，CO₂電化學(xué)還原生成CO的選擇性高，法拉第效率可達(dá)86.9%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電催化還原CO₂制備CO的Cu₂O負(fù)載ZnO雙金屬氧化物催化劑，特別是涉及由Cu₂O負(fù)載ZnO納米片與納米顆粒形成的花簇狀結(jié)構(gòu)將CO₂高效轉(zhuǎn)化為CO。

背景技術(shù)

化石能源的大量開(kāi)發(fā)與消耗使環(huán)境中的二氧化碳含量持續(xù)增加且打破了自然的碳平衡循環(huán)，由此而引起的“溫室效應(yīng)”會(huì)造成全球變暖，進(jìn)而造成南北極冰川融化、海平面上升、氣候異常等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。國(guó)際氣候變化委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2100年，環(huán)境中的二氧化碳含量將由目前的350 ppm升高至590 ppm，全球平均溫度會(huì)上升1.9 ℃。因此緩解大氣中二氧化碳濃度的持續(xù)增長(zhǎng)是目前全球范圍內(nèi)亟需解決的重要問(wèn)題。二氧化碳還原技術(shù)不僅能夠降低二氧化碳在環(huán)境中的含量，緩解“溫室效應(yīng)”，而且能夠產(chǎn)生具有高附加值的含碳化學(xué)品及工業(yè)原料，從而實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。其中，通過(guò)電催化還原手段將CO₂轉(zhuǎn)化為多種高附加值的化學(xué)品和燃料成為一項(xiàng)備受矚目的技術(shù)。由于CO₂電催化還原的反應(yīng)路徑太多，導(dǎo)致產(chǎn)物選擇性較低，而高選擇性催化劑往往需要價(jià)格昂貴的貴金屬。因此，該技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題在于尋找低成本、高選擇性催化劑實(shí)現(xiàn)CO₂向單一的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。

電催化還原CO₂可以制備一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）、甲酸（HCOOH）、乙烯（C₂H₄）、甲醇（CH₃OH）等化學(xué)品或能源物質(zhì)，在環(huán)境和能源方面具有重要意義。CO作為費(fèi)托合成的原料之一，是CO₂電還原的重要產(chǎn)物之一。由于CO₂電催化還原產(chǎn)物的復(fù)雜性，目前有效地生成CO的催化劑很少有報(bào)道。盡管，大力發(fā)展地殼含量豐富的廉價(jià)金屬催化劑代替貴金屬催化劑得到相關(guān)催化研究領(lǐng)域的高度關(guān)注。迄今為止，滿足這些條件的催化劑仍屈指可數(shù)，且大多數(shù)催化劑在相應(yīng)的催化條件下僅可將CO₂還原為CO、HCOOH及其他碳氧混合物，如何有效地將CO₂進(jìn)一步高選擇性地轉(zhuǎn)化為高熱值的CO值得深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了提供一種用于電催化還原CO₂制備CO的花簇狀Cu₂O負(fù)載ZnO催化劑，其原料價(jià)格相對(duì)低廉，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易行，且具有較高的CO選擇性及法拉第效率。

本發(fā)明主要包括花簇狀Cu₂O負(fù)載ZnO催化劑用于電催化還原CO₂制備CO，通過(guò)調(diào)整Cu₂O組分的量，提升其CO法拉第效率。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：一種用于電催化還原CO₂制備CO的花簇狀Cu₂O負(fù)載ZnO催化劑，所述催化劑Cu₂O負(fù)載量為3wt.%、5wt.%、10wt.%。

進(jìn)一步的，所述催化劑中ZnO載體為2 μm花簇。

以下為本發(fā)明的操作步驟及原理性說(shuō)明：