本发明专利技术涉及一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极，由CO2捕获剂、催化剂以及粘结剂三种组分的催化层和气体扩散层构成，所述的CO2捕获剂为对CO2具有捕获功能以及能与CO2配位的材料。具有该组成结构的气体扩散电极可实现对CO2的“捕获”与“滞留”功能，增加反应界面上CO2气体的浓度，缓解高过电位反应条件下的传质极化问题，为CO2电还原反应的持续高效进行提供保障，可较明显提高CO2的转化率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳电化学还原
，特别涉及气体扩散电极及其制备。
技术介绍
电化学还原(?巧RC)技术是利用电能将C〇2还原为各种有机化学品，实现(?资 源化利用的一种技术。与其他C〇2转化技术相比，ERC技术的突出优势在于可利用水作为反 应的氨源，在常温常压下即可实现(?的高效转化，因此不需要化学转化技术所需的制氨及 加温、加压所造成的能量消耗，设备投资少。[000引 目前，制约邸C技术发展的主要因素包括；（1)反应过电位高；似转化率低；（3) 产物选择性差。其中，在W水溶液作为支持电解液的ERC反应体系中，转化率低的一个主要 控制因素是传质极化。由于参与ERC反应的(?仅仅与溶解于电解液中（?浓度有关，（? 气体的流速并不是控制因素。而在水溶液中，C02的溶解度较低（在KHCO3水溶液中的溶解 度仅仅为0. 033M)，从而导致0)2浓度不足W维持电化学反应的快速进行，导致出现严重的 传质极化问题。此外，送种传质极化所带来的另一个问题是竞争性的析氨副反应占据主导， 从而引起产物的电流效率降低，在制备碳氨化合物时，该问题会更加突出。 为缓解ERC反应过程中的传质极化问题，研究人员提出将溶剂水更换为有机溶剂 (如甲醇，四氨巧喃，二甲基甲醜胺，W及使用离子液体，如1- 了基-3-甲基咪哇六氣磯酸 盐度MIMPF6)或四氣测酸盐度MIMBF4))等方法，增加％在电解液中的溶解度。如常温 下，(?在甲醇中的溶解度大约是其在水中溶解度的4倍，而当温度低于OC时，前者是后者 的8倍W上。文献JSolidStateElectrochem(2007)ll:490 - 495 报道，使用W甲醇为溶 剂的化OH电解液作为阴极电解液，电解电位为-4.OV(相对于Ag/AgCl电极）条件下碳氨 化合物的最高法拉第效率达到80.6%，而析氨副反应受到显著抑制，&的法拉第效率低于 4%。文献AppliedSurfaceScience28 (12) :5005-5009 (2012)报道，采用BMIMBF4 作为 电解质，^立维多孔纳米结构电极（相当于气体扩散电极脚E))做阴极，不仅将ERC反应 过电位降低近180mV，获得了 83%的电流效率，而且经过5次测试，电极的性能保持恒定。 文献化em.Commun. , 2014, 50, 329-331报道了一种制备渗氮空芯炭纳米微球。其 制备过程为；用Si化球作硬模版，间苯二酪-甲醒作C前躯体，通过两步Stober法合成。 首先通过传统StGber?法生成二氧化硅胶球，然后将其作为在线的核用于均匀沉积间苯二 酪-甲醒的壳。然后WH聚氯胺作N源，在60(TC炭化温度下，进行炭化后去粗核，得到渗N 的空芯纳米材料（N-HC巧。该N-HCS能"捕获"C〇2,"捕获"能力达到2. 67mmolg1。
技术实现思路
与上述增加电解液中(?溶解度、从而缓解ERC反应传质极化的改善方法不同，本 专利技术从电极组成和结构角度，提出一种包括"(?捕获剂"的气体扩散电极（GD巧，将对(? 具有一定捕获能力的纳米材料加入至气体扩散电极组分中，提高GDE内部CO2的界面浓度， 延长(?在GDE内部的滞留时间，从而达到缓解ERC反应传质极化的问题。 本专利技术提出的气体扩散电极结构特征W及制备方法具体描述如下：[000引一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极，由包括"C02捕获剂"、催化剂W及粘结 剂H种组分的催化层和气体扩散层构成，其中，所述的"C02捕获剂"为对C02具有捕获功能 W及能与0)2配位的材料。 所述的"0)2捕获剂"，能与二氧化碳的碳原子和/或氧原子的孤对电子配位，生成 单、双或多核配合物。 所述的"c〇2捕获剂"，为渗杂具有孤对电子元素的空必炭纳米材料，利用其空必结 构捕获并储存0)2,所述的具有孤对电子的元素包括硫，砸，氮，磯，氣，氯，漠。 在所述的"(?捕获剂"中，具有孤对电子元素的质量含量为2%~20%，最佳含量 为8~15%。[001引所述的"C02捕获剂"捕获％的能力为Immolg1~IOmmolg1，最佳捕获能力为Smmol邑1~Tmmol邑i。[001引所述的"0?捕获剂"的粒径为20皿~300皿，最佳粒径为50皿~200皿。 所述的"C〇2捕获剂"的制备过程为：用Si〇2球作硬模版，间苯二酪-甲醒作C前 躯体，通过两步StSber法合成。其中，首先通过传统StSber法生成二氧化硅胶球，然后将 其作为在线的核用于均匀沉积间苯二酪-甲醒的壳。分别W具有孤对电子的元素包括硫， 砸，氮，磯，氣，氯，漠等的材料作S，Se,N，P，F，Cl,化源在600〇C炭化温度下，进行炭化后去 粗核，分别得到渗有S，Se,N，P，F，Cl,化元素的空芯纳米材料狂-HC巧。 所述的催化剂为金属纳米粒子，或担载于载体上的金属纳米粒子，或合金纳米粒 子，或担载于载体上的合金纳米粒子，或金属氧化物纳米粒子，或担载于载体上的金属氧化 物纳米粒子。催化剂的粒径范围为20~lOOnm，最佳粒径范围是40~80nm。 所述金属为Hg,化，Cd,Sn,In,化，Ag,Au,Zn中的一种或二种W上；载体为比表面 积不低于l〇〇m7g的炭材料，包括碳纳米管，碳纳米纤维，活性炭，导电炭黑，炭气凝胶，石 墨帰中的一种；金属或金属氧化物在载体上的质量含量为5%~70%，最佳质量含量为 30%~50%。 所述的粘结剂为聚四氣己帰树脂、聚偏氣己帰树脂、聚偏氣丙稀树脂、聚全氣丙稀 树脂、聚全氣己丙稀树脂、全氣礙酸树脂微粉或溶液或乳液中的一种；[001引所述"C02捕获剂"在催化层中的质量比例为2%~20%，最佳比例为5~15% ; 粘结剂在催化层中的质量比例为15%~30%，最佳比例为20%~25%;催化剂粒子的担载 量为Img/cm2 ~20mg/cm2,最佳担载量为 5mg/cm2 ~15mg/cm2。 所述的气体扩散层包括多孔的炭基体，如炭纸，炭布，炭租，W及多孔金属基底，女口 泡沫金属，编织型金属网，金属纤维租。其中的炭基气体扩散层需经过除油预处理过程，金 属基底气体扩散层需经过除油、去除杂质的预处理过程。 所述的气体扩散层的孔隙率为70 %~98%，最佳孔隙率为80 %~90%，厚度为 0.Imm~5.Omm,最佳厚度为 0. 2mm~2. 0mm。 所述的气体扩散电极，制备过程包括W下步骤；1)将气体扩散层进行预处理；2) 将催化剂与"C〇2捕获剂"均匀分散于分散剂中，其中分散剂与固体粉料的质量比为5 ;1~ 25 ;1 ;扣加入粘结剂，混合均匀；4)在400~60化pm转速下将混合浆料球磨1~化；5)将 浆料均匀涂敷至气体扩散层一侧。 所述的分散剂为Cs~Cs的一元醇，二元醇，H元醇或由送些醇所衍生的駿酸盐中 的一种或两种W上任意比例的混合。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下： 1)通过向气体扩散电极中加入功能性组分一雌"捕获剂"，利用其与碳原子、氧 原子配位生成单、双或多核配合物，实现对C〇2的"捕获"与"滞留"功能，能够增加反应界面 上0)2气体的浓度，缓解高过电位反应条件下的传质极化问题，为0)2电还原反应的持续高 效进行提供保障，从而提高C〇2的转化率。[002引。当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极，其特征在于：由CO2捕获剂、催化剂以及粘结剂三种组分的催化层和气体扩散层相互叠合构成，所述的CO2捕获剂为对CO2具有捕获功能以及能与CO2配位的材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱艳玲，张华民，钟和香，毛景霞，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。