一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极、制备方法与应用技术

本申请提供了用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法与应用，获取第一混合溶液，获取第二混合溶液，将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面，再在

【技术实现步骤摘要】
一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极、制备方法与应用


[0001]本申请涉及电催化CO2还原
，特别涉及一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在CO2分子中，C＝O键长为键能高达750KJmol
‑1，导致其具有较高的热力学稳定性，难以被活化。因此，在CO2转化过程中需要提供足够的能量来克服反应能垒。按能量供给形式可将CO2的还原转化分为热化学、光化学和电化学三种转化方式。以CO2加氢反应为代表的热化学转化最早受到研究和关注，如20世纪70年代，英国帝国化学工业公司开发出了Cu/ZnO/Al2O3商业催化剂用于在200
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300℃，50
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100atm条件下制备甲醇。此外，通过热化学转化技术也可生产出甲烷、甲酸，以及烯烧、汽油等高碳产物。然而，CO2的热化学转化反应条件苛刻，通常需要在高温、高压下进行。相较于热化学转化，CO2的光化学转化反应条件则温和的多。在光化学转化中，半导休催化剂在太阳光照射下生成的光生电子可将CO2还原，然而，目前CO2的光化学转化仍存在产物的选择性差、生成速率低等问题，难以满足工业化应用。
[0003]相比于热化学转化和光化学转化，CO2的电化学转化具有如下优点：反应条件温和，可在常温、常压下进行；反应过程可控，通过改变电位、催化剂、电解液能够调控产物的选择性和生成速率；以可再生能源(风能、太阳能等)发出的电能为驱动力，可实现碳中性循环；反应系统模块化，易于实现工业化生产。因此，通过CO2的电化学转化来降低大气中CO2浓度前景巨大。
[0004]甲酸(HCOOH)产物作为2e
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还原产物，HCOOH在CO2电还原反应中研究较为广泛。具有HCOOH选择性的催化剂主要为p区主族金属元素In、Sn、Sb、Tl、Pb、Bi，以及过渡金属元素Co、Cu、Pd、Cd、Hg等。随着越来越多高效催化剂的开发，HCOOH产物的选择性和活性也在稳步提高。由于对*H的吸附较弱，Bi基催化剂在CO2电还原反应中能在一定程度上抑制竞争反应HER的发生，导致其对HCOOH产物的选择性较好。然而，传统的粉体Bi基催化剂导电性差，电流密度低；并且在电解过程中易脱落，导致长时间稳定性效率低而限制了实际的工业化应用。

技术实现思路

[0005]鉴于此，有必要针对传统电极对电催化CO2还原制甲酸的选择性低、稳定差以及导电性差缺陷提供一种具有成本低、选择性高、导电性好、稳定性优异的气相扩散电极的制备方法及气相扩散电极及应用。
[0006]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0007]本申请目的之一，提供了一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法与应用，包括下述步骤：
[0008]获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液；
[0009]获取第二混合溶液，所述第二混合溶液包括含铋或锡的组分和溶剂混合溶液；
[0010]将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面，再在
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30℃
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100℃温度下放置1
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48h，得到所述气相扩散电极。
[0011]在其中一些实施例中，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，导电聚合物单体与酸性溶液的摩尔比为1:1
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20。
[0012]在其中一些实施例中，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、十二烷基苯磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸中的一种或多种。
[0013]在其中一些实施例中，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、丙酮、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。
[0014]在其中一些实施例中，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述导电聚合物单体为苯胺类、吡咯类、噻吩类、吲哚类、吡啶类、咔唑类、多巴胺类、对苯乙炔类单体中的一种或多种。
[0015]在其中一些实施例中，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述分散剂为异丙醇、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙腈、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺中的一种或多种。
[0016]在其中一些实施例中，在获取第二混合溶液，所述第二混合溶液包括含铋或锡的组分和溶剂混合溶液的步骤中，所述含铋或锡组分包括硝酸铋、硫酸铋、醋酸铋、碳酸氧铋、氯化铋、溴化铋、碘化铋、水杨酸铋、铋粉体、氧化铋粉体、硫化铋粉体、氯化亚锡、四氯化锡、氧化锡粉体、硫化锡粉体中的一种或多种。
[0017]在其中一些实施例中，所述含铋或锡组分的摩尔浓度控制在0.01
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5mol/L。
[0018]在其中一些实施例中，在将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面，再在
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30℃
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100℃温度下放置1
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48h，得到所述气相扩散电极的步骤中，所述涂覆包括滴涂、喷涂、刮涂、旋涂中的一种。
[0019]在其中一些实施例中，所述基底包括聚四氟乙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、无纺布、纤维树脂薄膜及其改性基底材料。
[0020]在其中一些实施例中，在将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面的步骤之前，还包括用水和/或有机溶剂清洗所述基底数次并干燥。
[0021]本申请目的之二，提供了一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极，由任一项所述的制备方法制备得到。
[0022]本申请目的之三，提供了一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的应用。
[0023]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0024]本申请提供的一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法与应用，获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体
的混合溶液；获取第二混合溶液，所述第二混合溶液包括含铋或锡的组分和溶剂混合溶液；将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面，再在
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30℃
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100℃温度下放置1
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48h，得到所述气相扩散电极，本申请气相扩散电极的制备方法，将包括导电聚合物单体、铋或锡基金属组分涂覆到基底表面，形成一体式的导电聚合物
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催化剂/疏水基底复合气相扩散电极，不仅可以增强金属活性组分(金属盐、金属颗粒以及金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液；获取第二混合溶液，所述第二混合溶液包括含铋或锡的组分和溶剂混合溶液；将所述第一混合溶液及所述第二混合溶液均匀混合后涂覆至基底表面，再在
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30℃
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100℃温度下放置1
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48h，得到所述气相扩散电极。2.如权利要求1所述的用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法，其特征在于，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，导电聚合物单体与酸性溶液的摩尔比为1:1
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20。3.如权利要求1所述的用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法，其特征在于，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、十二烷基苯磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸中的一种或多种。4.如权利要求1或2所述的用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法，其特征在于，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、丙酮、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。5.如权利要求1或2所述的用于电催化CO2还原产甲酸的气相扩散电极的制备方法，其特征在于，在获取第一混合溶液，所述第一混合溶液包括酸性溶液、溶剂、分散剂和导电聚合物单体的混合溶液的步骤中，所述导电聚合物单体为苯胺类、吡咯类、噻吩类、吲哚类、吡啶类、咔唑类、多巴胺类、对苯乙炔类单体中的一种或多种。6.如权利要求1或2所述的用于电催化CO2还原产甲酸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小龙，熊菊霞，董盈君，成会明，
申请(专利权)人：招商局投资发展有限公司，
类型：发明
国别省市：