[發(fā)明專利]將金屬氣凝膠催化材料用于制備陰離子膜電解池電催化還原CO2反應(yīng)的用途

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• 申請(qǐng)日: 2021-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN113564630A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂曉萌;王文搏;龔善和;陸潤清;劉軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/081
• 分類號(hào): C25B11/081;C25B11/073;C25B11/091;C25B11/097;C25B11/052;C25B11/032;C25B1/23;C25B3/07
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1.將金屬氣凝膠催化材料用于制備陰離子膜電解池電催化還原CO₂反應(yīng)的用途，其特在于，包括如下步驟：

(1)金屬氣凝膠催化材料的制備：

分別將金屬前驅(qū)體和還原劑溶解在超純水中，將新鮮配制的還原劑水溶液，快速加入金屬前驅(qū)體溶液中，并持續(xù)攪拌，然后在室溫下靜置、老化得到水凝膠，隨后在一定溫度下冷凍干燥一段時(shí)間后得到用于陰離子膜電解池的金屬氣凝膠催化材料；

(2)陰極氣體擴(kuò)散電極的制備：

將步驟(1)制備的金屬氣凝膠或含金屬氣凝膠的復(fù)合材料加到含有Nafion溶液的醇類有機(jī)溶劑中形成均勻的催化劑墨水，將所得催化劑墨水通過浸漬或者噴涂的方式涂覆到疏水性碳紙上形成陰極氣體擴(kuò)散電極；

(3)陰離子膜電解池器件裝配：

按照陰極流場板、陰極墊片、陰極氣體擴(kuò)散電極、陰離子膜、陽極材料、陽極墊片、陽極流場板的順序進(jìn)行裝配，使得相鄰部件之間保持良好的面接觸；

(4)陰離子膜電解池器件測試：

將步驟(3)裝配好的器件依次接好氣液管路，電極接觸線和控溫裝置，氣體擴(kuò)散電極浸漬在CO₂飽和的水相電解液過夜，取出后使用超純水洗滌以去除殘留的電解液備用；

陰極流場直接通入干燥的CO₂作為原料進(jìn)入陰極的氣體傳輸層，在氣態(tài)CO₂、液態(tài)電解液和固態(tài)催化劑的三相界面進(jìn)行CO₂還原反應(yīng)。

2.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于，步驟(1)中，所述金屬前驅(qū)體為由銀鹽、金鹽、鈀鹽、鉍鹽和錫鹽中的任意一種或者幾種金屬鹽組成；還原劑可以為硼氫化鈉、硼氫化鉀、抗壞血酸或者水合肼中的一種。

3.如權(quán)利要求2所述的用途，其特征在于，所述金屬前驅(qū)體為由銀的硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽，金的氯化鹽，鈀的氯化鹽、鉍的硝酸鹽和錫的氯化鹽等任意一種或者幾種金屬鹽組成。

4.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于，步驟(1)中，所述還原劑的元電荷摩爾量與金屬前驅(qū)體的元電荷摩爾量之比在1～2之間，金屬前驅(qū)體溶液和還原劑水溶液的濃度均為0.05mol/L；持續(xù)攪拌的時(shí)間為一分鐘，冷凍干燥的溫度為-50℃，時(shí)間為48h。

5.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于，步驟(2)中，含金屬氣凝膠的復(fù)合材料指的是將金屬氣凝膠與碳材料進(jìn)行復(fù)合，其中碳材料包括導(dǎo)電碳黑、碳納米纖維、碳納米管或石墨烯，所述醇類有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、異丙醇。

6.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于，步驟(3)中，所述陰離子膜為固體聚合物電解質(zhì)(SPE)膜；所述陰極流場板采用蛇形流場，材質(zhì)為石墨；陽極材料為商品鉑電極；陽極流場板采用網(wǎng)狀流場，材質(zhì)為耐腐蝕金屬鈦。

7.如權(quán)利要求1所述的用途，其特征在于，步驟(4)中，所述的CO₂飽和的水相電解液包括CO₂飽和的NaHCO₃溶液、KHCO₃溶液、KCl溶液、K₂SO₄溶液、磷酸鹽緩沖溶液或者硼酸鹽緩沖溶液。