[发明专利]制造核壳纳米颗粒的方法

说明书

本发明涉及一种可用在电化学电池中的电极材料，该电化学电池用于将二氧化碳转化为有用的产品，例如合成燃料。该电极材料可以包含具有被一个或多个外壳包围的催化性核组分的纳米尺寸的核壳催化剂(即，核壳纳米颗粒或CSN)，其中所述外壳中的至少一个具有介孔结构。本发明还提供了电化学电池、电化学电池电极以及制造CSN的方法。

技术领域

本公开总体上涉及核壳纳米颗粒、其制造方法及其作为催化剂的用途。

背景技术

在通电时还原二氧化碳的电化学体系提供了有吸引力的电源选择，因为它们不仅能够抵消二氧化碳(主要温室气体)的排放，而且还能将二氧化碳转化成燃料和其它有用的产品。然而，这种类型的电化学电池带来了重大的技术挑战，例如低的催化活性、产物选择性以及在这种类型的体系中所使用的电极的稳定性等等。

发明内容

本发明的各个方案总体上涉及电极材料，所述电极材料可例如用在用于将二氧化碳转化为有用产品(例如合成燃料)的电化学电池中。该电极材料可以包含纳米尺寸的核壳催化剂(即，核壳纳米颗粒或CSN)，其具有被一个或多个外壳包围的催化性核组分。所述外壳中的至少一个可以具有介孔结构。

本公开的各个方案总体上还涉及制造本文所述的CSN的方法。该方法可包括用临时壳组分涂覆催化性核，加热经涂覆的催化性核以将临时壳组分转化成介孔结构，将壳材料沉积到临时壳组分上，并且除去临时壳组分以提供被包含壳材料的介孔壳包围的催化性核组分。

本公开的各个方案总体上还涉及电化学电池电极和电化学电池，其将二氧化碳电化学地转化为例如有用燃料(例如合成燃料)或其它产品，并且其包含本文所述的电极材料。

附图说明

图1a是描绘根据本公开的各个方案的CSN的示例性的实心催化性核组分的剖面示意图。

图1b是描绘根据本公开的各个方案的具有涂层的CSN的示例性的实心催化性核组分的剖面示意图。

图1c是描绘根据本公开的各个方案的CSN的示例性的中空催化性核组分的剖面示意图。

图2是描绘根据本公开的各个方案的CSN的剖面示意图。

图3是描绘根据本公开的各个方案的电化学电池的剖面示意图。

具体实施方式

本公开的各个方案总体上涉及可例如用在电化学电池中的电极材料，所述电化学电池用于将二氧化碳转化为有用产品，例如合成燃料。电极材料可包含具有被一个或多个外壳包围的催化性核组分的纳米尺寸的核壳催化剂(即，核壳纳米颗粒或CSN)。所述外壳中的至少一个可以具有介孔结构。

如本文中所用的，术语“CSN”是指具有被一个或多个壳包围的催化性核组分的纳米尺寸颗粒。根据一些方案，本公开的CSN可以有利地在改善电催化电池中二氧化碳的电催化还原的有效性和/或效率方面具有多功能作用。例如，本公开的CSN可以通过提供具有高水平的催化活性、产物选择性和/或稳定性的含催化剂的电极来提高二氧化碳的电催化还原的有效性和/或效率。

根据本公开的各个方案的CSN包含被一个或多个外壳包围的催化性核组分，其中所述催化性核组分包含一种或多种催化材料。如本文中所用的，“催化材料”是指可用于引起或加速(即“催化”)化学反应的材料。例如，所述催化材料可以是至少部分地对将二氧化碳转化为例如有用燃料或其它产品进行催化的材料。

根据本公开的各个方案可使用的催化材料的实例包括，但不限于，金属(例如，铜、钴、铁、镍、铅和锡)和/或它们的合金和/或它们的氧化物。

如本文中所用的，术语“催化性核组分”是指CSN的内部组分。