[發明專利]一種電化學還原二氧化碳催化電極的原位重生方法

在審

• 申請號: 202310283429.5
• 申請日: 2023-03-22
• 公開（公告）號: CN116288478A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 康鵬;張在磊;汪秀萍
• 申請（專利權）人: 碳能科技（北京）有限公司
• 主分類號: C25B11/089
• 分類號: C25B11/089;C25B11/081;C25B11/065;C25B11/061;C25B11/063;C25B3/26;C25B1/23
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 秦瓊

本發明屬于催化電極制備技術領域，具體涉及一種電化學還原二氧化碳催化電極的原位重生方法。所述的方法包括：將貴金屬前驅體溶于溶劑中，得貴金屬前驅體溶液，所述貴金屬為金和/或銀；于電解槽的陰極室中，使貴金屬前驅體溶液與失去催化活性的二氧化碳催化電極反應，得恢復催化活性的二氧化碳催化電極，完成二氧化碳催化電極的原位重生，洗滌后，即得。本發明方法在延長催化電極和電解槽整體使用壽命的同時，與重新制備催化劑并拆解電解槽更換催化電極的方法相比，操作簡便，還節省了催化劑和催化電極的制備成本，及電解槽拆解運維的成本，具有重要的工業應用價值。

技術領域

本發明屬于催化電極制備技術領域，具體涉及一種電化學還原二氧化碳催化電極的原位重生方法。

背景技術

在電化學還原二氧化碳制合成氣(一氧化碳和氫氣)、甲酸、甲醇、乙烯、甲烷的過程中，催化電極起決定性作用，不同的催化電極表現出不同的催化性能和使用壽命。

如文獻(Joule,2019,3,265-278)報道了鎳基催化劑用于電化學還原二氧化碳制一氧化碳。文獻(J.Phys.Chem.C，2017，121，22637-22643)研究了金催化劑用于電化學還原二氧化碳制一氧化碳的性能。文獻(ACS?Energy?Letters，2018，3，1301-1306)研究了銀催化劑用于電化學還原二氧化碳制一氧化碳的選擇性。CN?112176360B公開了金銀合金催化劑用于電化學還原二氧化碳制合成氣，能夠提高產物合成氣的法拉第效率，并且可以調控合成氣中一氧化碳與氫氣的比例。CN?112251766?A公開了碳納米管負載金基雙金屬催化劑，用于二氧化碳電化學還原，能夠提高產物一氧化碳的法拉第效率。CN?112410803?B公開了一種用于電化學還原二氧化碳制一氧化碳的金銅合金催化劑。CN?111013606?A公開了金鎳催化劑，表現出較高的一氧化碳選擇性和穩定性。

雖然科學家已經在該領域進行了大量的研究，基于通過調控催化電極材料的組成、形貌，進而改變催化電極的二氧化碳電還原活性、選擇性、穩定性及使用壽命。但現有的電化學還原二氧化碳催化電極的使用壽命仍大都不能滿足工業化需求，往往需要在其失去催化活性以后，重新制備催化劑并拆解電解槽更換催化電極，造成了催化劑和催化電極制備成本，及電解槽拆解運維的成本較高且操作復雜，阻礙了其大規模商業化應用，成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述問題，提供一種電化學還原二氧化碳催化電極的原位重生方法，所述方法能夠高效、簡便、低成本的延長失活催化電極的使用壽命，使其滿足工業化生產需求。

為實現本發明的上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種電化學還原二氧化碳催化電極的原位重生方法，包括如下步驟：

S1、溶液配制：將貴金屬前驅體溶于溶劑中，得貴金屬前驅體溶液，所述貴金屬為金和/或銀；

S2、原位重生：于電解槽的陰極室中，使貴金屬前驅體溶液與失去催化活性的二氧化碳催化電極反應，得恢復催化活性的二氧化碳催化電極，完成二氧化碳催化電極的原位重生；

所述失去催化活性的二氧化碳催化電極可以是電化學還原二氧化碳制合成氣、甲酸、甲醇、乙烯、甲烷等催化電極，該催化電極中的催化劑包括Ni、Au、Ag、Zn、Sn、Co、In、Pb、Bi、Cu中的一種或兩種以上的組合，組合的情況，例如NiAg、NiZn、NiAu、AgAu、ZnAg、AgSn、CuCo、CuZn、CuNi等；相應的，恢復催化活性的二氧化碳催化電極中的催化劑為上述金屬與金、銀或金銀合金組成的復合金屬催化劑，例如，AuNi、AuAg、AuZn、AgNi、AuAgNi、AuZnAg等；原位重生前后催化電極中的催化劑的組成變化如圖2所示，M為催化電極中的催化劑，其在電化學還原二氧化碳后失活，失活的M與貴金屬前驅體溶液中的金、銀或金銀活性組分發生置換反應，生成包含金、銀或金銀合金活性組分的Au/Ag/AuAg-M復合催化劑，其重新表現出了催化活性；