[發明專利]一種制備CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法

在審

• 申請號: 202210681720.3
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115110106A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 陳彥霖;陳遠興;陳亞琴;俞曦;張斌
• 申請（專利權）人: 江西八六三實業有限公司
• 主分類號: C25B3/26
• 分類號: C25B3/26;C25B3/03;C25B3/07;C25B1/23;C25B1/02;C25B1/50;C25B11/091
• 代理公司: 滄州市國瑞專利代理事務所(普通合伙) 13138
• 代理人: 李璐

本發明公開了一種制備CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法，包括以下步驟：S1：準備精密度高的稱重臺和去離子水；S2：通過S1的稱重臺稱取一定重量的二水合氯化銅，并將二水合氯化銅倒入一定含量的去離子水中，攪拌溶解后得到氯化銅水溶液；S3：再通過S1的稱重臺稱取一定重量的ZnS固體粉末，并將ZnS固體粉末分散于一定含量的去離子水中；S4：將S2的氯化銅水溶液以2?3滴/分鐘的速度滴加到S3的ZnS分散液中；S5：對S4進行超聲處理；S6：將S5超聲處理完畢后的溶液放入晶化釜中，在高溫下晶化；S7：對S6用10毫升乙醇進行洗滌。離子交換過程中，采用滴加含銅離子的水溶液方法，保證銅離子對鋅離子的高效置換，確保目的催化劑中銅鋅比更接近投料比。

技術領域

本發明涉及電化學還原反應技術領域，具體為一種制備CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法。

背景技術

二氧化碳電化學還原(CO2RR)為乙烯、乙醇和C2+液體燃料既可以減少碳排放，又能夠存儲可再生能源，是一種重要的集碳捕集、利用、存儲于一身的化工技術，Cu被公認為是最有效地轉化CO2 為多碳產物的催化劑，但是其效率低、穩定性差是亟需解決的核心問題。在CO2RR中，兩個*CO耦合形成*OCCO是C2+產物形成的關鍵步驟。為了提高Cu 活性位點周邊*CO濃度，Jouny and Li等人分別在CO2RR反應體系中引入CO。也有學者在銅催化劑制備過程中引入第二活性組分(Au，Ag，Zn)得到串聯催化劑。不同研究團隊分別采用原子層沉積法、逆向膠束封裝法、離子交換法相繼開發了一些CO2RR高效串聯催化劑。

關于銅催化劑，人們之前關注的主要是銅氧化物、雙金屬銅、Cu(N)涂覆的碳材料。近期銅基催化材料研究又有了新進展，主要集中在對銅配位環境、結構的調變。復旦大學鄭耿峰團隊在CO氣氛中，合成了具有階梯結構的銅催化劑，其電流密度和C2+醇的法拉第效率分別為100mA/cm2和70％]。加州理工學院Grubbs團隊用開環歧化法制備了三有機組分修飾的銅電極，該銅電極的孔隙率和疏水性能得到提升，既強化對CO2的捕獲以及CO2在電極表面的傳質，又保護銅電極，提高其穩定性，乙烯和C2+的法拉第效率分別達到 55％和77％，武漢大學Gongwei Wang團隊在銅催化劑表面覆蓋一薄層NxC,在銅周圍以N-CO2鍵形式富集并活化CO2，乙烯和乙醇總法拉第效率高達72％。同時，由于NxC的保護，銅催化劑的穩定性得到改善。加州大學洛杉磯分校黃昱團隊制備了表面富含steps的銅納米線，乙烯的選擇性和穩定性得到顯著提升，在200小時內乙烯法拉第效率不低于70％。

基于上述所提，結合現有的制備離子交換法中，目的催化劑中銅鋅比與投料比的結果相差較大，為了改善這一問題，我們作出改進并提出一種制備 CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種制備CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種制備CO2RR高效串聯催化劑的離子交換法，包括以下步驟：

S1：準備精密度高的稱重臺和去離子水；

S2：通過S1的稱重臺稱取一定重量的二水合氯化銅，并將二水合氯化銅倒入一定含量的去離子水中，攪拌溶解后得到氯化銅水溶液；

S3：再通過S1的稱重臺稱取一定重量的ZnS固體粉末，并將ZnS固體粉末分散于一定含量的去離子水中；

S4：將S2的氯化銅水溶液以2-3滴/分鐘的速度滴加到S3的ZnS分散液中；

S5：對S4進行超聲處理；

S6：將S5超聲處理完畢后的溶液放入晶化釜中，在高溫下晶化；

S7：對S6用10毫升乙醇進行洗滌；