[发明专利]用于生产电化学合成气的表面改性电极

说明书

本发明提供了一种用于生产电化学合成气的表面改性电极。具体地，提供了用于电化学还原二氧化碳和水而形成一氧化碳和氢的电极。所述电极包括金属基材。将自组装单层与金属基材结合。相对于裸金属基材来调节由电极产生的一氧化碳和氢的反应产物的选择性。

技术领域

本发明涉及用于还原二氧化碳的电极，并且更特别地涉及用于还原二氧化碳的、具有在其上施加的自组装单层的电极。

背景技术

化石燃料是有限资源，其可以用于各种功能，例如燃料来源或各种产品的原料。化石燃料的燃烧增加环境中CO₂的量。电解池可以用于在含水介质中电化学还原CO₂以产生各种产物，例如H₂、CO、醇类、甲酸、甲烷和短链烷烃。在这些产品中，H₂和CO的混合物(合成气)是非常需要的，因为它可充当用于生产液态烃的商业费－托(Fischer-Tropsch)工艺的原料。在受控比例下选择性地生产H₂和CO会有益于费－托工艺。

尽管已经开展了寻找用于还原CO₂的高活性催化剂的许多研究，但是产物选择性控制仍然是需要解决的挑战。因此，在本领域中需要对于还原CO₂可调节或控制H₂和CO的产物选择性的电极。在本领域中还需要可调节或控制电极活性的电极。

发明内容

在一方面，公开了用于电化学还原二氧化碳和水而形成一氧化碳和氢的电极。所述电极包括金属基材。将自组装单层与金属基材结合。相对于裸金属基材来调节由电极产生的一氧化碳和氢的反应产物的选择性。

在另一方面，公开了用于电化学还原二氧化碳和水而形成一氧化碳和氢的电极。所述电极包括金属基材。将自组装单层与金属基材结合。所述自组装单层包括有机配体，所述有机配体具有表面端和相对端，所述表面端具有与金属基材结合的反应性基团，所述相对端包括有机官能团。相对于裸金属基材来调节由电极产生的一氧化碳和氢的反应产物的选择性。

在又一方面，公开了用于电化学还原二氧化碳和水而形成一氧化碳和氢的电极。所述电极包括金属基材。将自组装单层与金属基材结合。相对于裸金属基材来调节电极活性。

附图说明

图1是与金属基材连接的自组装单层的示意图；

图2是具有自组装单层的金金属基材的CV图表和包括各种有机官能团的配体的水接触角的测定，该自组装单层具有的配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图3是具有自组装单层的银金属基材的CV图表，该自组装单层具有的配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图4是具有自组装单层的银基材的恒电势极化的图表，该自组装单层具有的配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图5是具有自组装单层的银基材的气相色谱图表和气相产物中氢和一氧化碳的百分比，该自组装单层具有的配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图6是具有自组装单层的银和金基材的一氧化碳与氢的比例的图表，该自组装单层具有的C2和C11长度配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图7是具有自组装单层的金基材的活性的图表，该自组装单层具有的C2和C11长度配体与包括各种有机官能团的配体连接；

图8是包括丝工作电极的实验电化学电池的示意图。

具体实施方式

参照图1，显示了用于电化学还原二氧化碳和水而形成一氧化碳和氢的电极10的示意图。该电极包括金属基材15。将自组装单层20与金属基材15结合。