【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂及应用领域；具体涉及一种电捕获与转化一体化催化剂及制备方法和电还原烟道气制一氧化碳的应用。
技术介绍
1、人为的二氧化碳排放，特别是工业革命后化石燃料燃烧产生的二氧化碳，对全球气候产生了不可磨灭的影响，因此非常有必要减少二氧化碳在大气中的积累，以减缓全球变暖带来的一系列不利天气变化对人类造成的影响。碳捕获、储存和利用(ccsu)技术被认为是减缓全球变暖策略中极具发展前景的技术。其中，碳捕获是实现后续二氧化碳存储和利用的首要步骤，其通常针对点源(如发电厂等)和空气中稀释源的二氧化碳。燃煤电厂的烟气通常含有约10-15％浓度的co2、3-5％浓度的o2和其他低浓度的杂质气体，而空气中的稀释源仅含有约412ppm(～0.04％)的痕量co2，是非常难捕获的。目前，胺类热捕获技术被广泛应用于，但传统的碳捕获技术主要是热驱动的化学吸收或吸附法，存在热量损耗大，抗氧化性差、胺捕集剂易降解、易腐蚀设备等。如果能回避掉单独的捕获过程，实现烟道气的直接利用，对于碳循环的经济的可持续发展具有重大意义。
2、电催化二氧化碳还原是结合可再生电能将二氧化碳还原为高附加值的化学的过程。当前研究中可以获得一氧化碳、甲酸/甲酸盐、甲烷、乙烯、醇类等化学品。其中，两电子产物，一氧化碳和甲酸/甲酸盐，可以获得将近100％的法拉第效益，是最具工业化发展前景的电解产物。如果能以电化学co2还原策略为媒介，以工业废气为原料气，从而实现高附加值化学品的合成，是实现双碳目标的可行策略之一。
3、由于工业废气中co2的浓度较低，一般
技术实现思路
1、针对上述问题，我们提供了一种电捕获和转化一体化的催化剂及其制备方法。该类催化剂具有氧化还原活性组分，能接受电子形成还原态而与低浓度二氧化碳耦合，实现催化活性中心局部二氧化碳的富集，从而达到将模拟烟道气中二氧化碳高效率转化为高附加值的一氧化碳的目的，以用于下游生产的直接利用。此过程有助于实现了工业废气的直接利用，具有潜在的工业发展前景，对高排放企业实现减碳负碳目标提供了可行的策略。
2、本专利技术在于提供了一种电捕获与转化一体化的催化剂；该催化剂是噻二唑类有机分子修饰的金纳米颗粒，其能在给电子状态下锚定烟道气中低浓度二氧化碳，实现催化剂周围局部富集二氧化碳的目的；局部相对高浓度的二氧化碳，有助于其进一步转化为一氧化碳。
3、本专利技术在于提供了上述电捕获与转化一体化催化剂的制备方法。该方法制备条件温和、制备流程简单明了、具有良好的可重复性。
4、本专利技术在于提供了上述电捕获与转化一体化催化剂在电还原烟道气制一氧化碳领域的应用。利用上述催化剂可以解决电还原烟道气中存在的低浓度co2、高竞争反应(氧还原反应)导致的催化活性差的问题。
5、为实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：
6、电捕获与转化一体化催化剂；催化剂是噻二唑类有机分子修饰的金纳米颗粒。
7、所述的电捕获与转化一体化催化剂；噻二唑有机配体包括2-氨基-5-巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑或2，5-巯基-1，3，4-噻二唑。
8、本专利技术的电捕获与转化一体化催化剂的制备方法；包括如下步骤：
9、(1)称取噻二唑类有机分子、无定形碳粉分散于乙二醇溶剂中形成分散液；称取氯金酸溶于乙二醇溶剂中，形成前驱体溶液；称取硼氢化钠溶于乙二醇溶剂中形成硼氢化钠溶液；
10、(2)将步骤(1)中的分散液搅拌状态下滴入前驱体溶液中，置于冰浴中，连续搅拌；
11、(3)将步骤(1)中硼氢化钠溶液取滴入步骤(2)中的混合溶液中，冰浴状态下，连续搅拌；
12、(4)反应结束后，离心分离、洗涤，并于真空干燥箱中干燥。
13、所述的制备方法；步骤(1)中噻二唑类有机分子溶解于乙二醇所得溶液的噻二唑类有机分子浓度为1.0mg/ml～3.6mg/ml。
14、所述的制备方法；步骤(1)中前驱体溶液中氯金酸的浓度为：1.7～5.4mg/ml。
15、所述的制备方法；步骤(1)中硼氢化钠溶液的浓度为：20～50mg/ml。
16、所述的制备方法；分散液中噻二唑类有机分子和前驱体溶液中氯金酸的摩尔比为0.8:1～2:1。
17、所述的制备方法；步骤(3)中氯金酸与硼氢化钠的质量比为：0.4:1～1.4:1。
18、本专利技术的电捕获与转化一体化催化剂在电还原烟道气制一氧化的应用；称取催化剂分散于可挥发性溶剂中，并向该分散液中加入萘酚试剂，连续超声形成均一的分散液，并将其滴涂形成工作电极；以铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，形成三电极测试系统接入电化学工作站，以烟道气饱和的碳酸氢盐溶液为电解液，进行循环伏安、线性扫描和恒电位电解测试，通过恒电位电解实验，计算得到相应的一氧化碳电流密度和法拉第效应。
19、所述的电还原烟道气制一氧化的应用；可挥发性溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇或n，n-二甲基甲酰胺；碳酸氢盐溶液包括碳酸氢钾或碳酸氢钠，浓度为0.1～1mol/l。
20、所述的电还原烟道气制一氧化的应用；恒电位电解实验的测试电势区间为，-0.7～-1.3v vs sce。
21、具体说明如下：
22、本专利技术提出的噻二唑类有机分子修饰的金纳米颗粒催化剂：包括噻二唑有机配体层和金纳米颗粒，其中噻二唑有机配体层为氧化还原活性中心，在得电子条件能锚定烟道气二氧化碳，实现电捕获目的；同时催化剂周围的二氧化碳能在金纳米颗粒核的作用下被还原为一氧化碳，用于实现电转化二氧化碳的目的；噻二唑有机配体包括2-氨基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(nh2-c2hn2s2)、2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑(ch3-c2hn2s2)、2，5-巯基-1，3，4-噻二唑(sh-c2hn2s2)；金纳米颗粒用于实现电化学转化co2为co的目的。基于此，该催化剂的结构被定义为：r-c2hn2s2-au，其中r＝ch3，nh2，sh。
23、本专利技术的上述电捕获与转化一体化催化剂在电还原烟道气制一氧化碳领域的应用。利用噻二唑类有机分子层在还原态下能捕获二氧化碳，实现二氧化碳的局部富集；富集的二氧化碳被金纳米颗粒进一步还原为一氧化碳，从而实现高效率电还原烟道气制一氧化碳的目的。烟道气中不同二氧化碳的浓度为8～75％。
24、本专利技术的有益效果是：
25、(1)本专利技术提供的电捕获与转化一体化催化剂，采用噻二唑类氧化还原活性胺与金纳米颗粒相结合，氧化还原活性捕获本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.电捕获与转化一体化催化剂；其特征是，催化剂是噻二唑类有机分子修饰的金纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的电捕获与转化一体化催化剂；其特征是，噻二唑有机配体包括2-氨基-5-巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑或2，5-巯基-1，3，4-噻二唑。
3.权利要求1所述的电捕获与转化一体化催化剂的制备方法；其特征是，包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(1)中噻二唑类有机分子溶解于乙二醇所得溶液的噻二唑类有机分子浓度为1.0mg/mL～3.6mg/mL。
5.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(1)中前驱体溶液中氯金酸的浓度为：1.7～5.4mg/mL。
6.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(1)中硼氢化钠溶液的浓度为：20～50mg/mL。
7.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，分散液中噻二唑类有机分子和前驱体溶液中氯金酸的摩尔比为0.8：1～2：1。
8.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(3)中氯金酸与硼氢化钠的
9.权利要求1的电捕获与转化一体化催化剂在电还原烟道气制一氧化的应用；其特征是，二氧化碳气体的浓度为8～75％。
10.权利要求1的电捕获与转化一体化催化剂在电还原烟道气制一氧化的应用；其特征是，恒电位电解实验的测试电势区间为，-0.7～-1.3V vs SCE。
...【技术特征摘要】
1.电捕获与转化一体化催化剂；其特征是，催化剂是噻二唑类有机分子修饰的金纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的电捕获与转化一体化催化剂；其特征是，噻二唑有机配体包括2-氨基-5-巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑或2，5-巯基-1，3，4-噻二唑。
3.权利要求1所述的电捕获与转化一体化催化剂的制备方法；其特征是，包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(1)中噻二唑类有机分子溶解于乙二醇所得溶液的噻二唑类有机分子浓度为1.0mg/ml～3.6mg/ml。
5.如权利要求3所述的制备方法；其特征是，步骤(1)中前驱体溶液中氯金酸的浓度为：1.7～5.4mg/...
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