[发明专利]生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用

说明书

本发明公开了用于二氧化碳电化学还原的催化剂的生物质基碳材料生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用，包括以下步骤：将用作二氧化碳电化学还原的催化剂的生物质基碳材料分散到乙醇中，并加入Nafion溶液，搅拌超声得到混合溶液；然后将混合溶液涂覆到气体扩散电极本体上，烘干后得到负载有生物质基碳材料的气体扩散电极，用于二氧化碳电化学还原，对二氧化碳进行高效的电化学还原转化以得到高附加值的有机产物；本发明生物质基碳材料催化剂，相比于常规催化剂，制备成本较低，工艺简单，反应条件温和，制备出来的产品具有丰富的孔隙结构、比表面积较大且性能稳定，实现催化还原二氧化碳所需的还原电位低，产生的电流密度大。

技术领域：

本发明涉及生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用。

背景技术：

二氧化碳随着不可再生的煤炭、石油、天然气等传统化石燃料的急剧消耗而大量排放于大气当中，是造成全球变暖、环境污染等问题的主要温室气体，也是储量丰富、可再生且廉价易得的碳一资源。将二氧化碳看作取之不尽用之不竭的资源，实现变废为宝将其转化成具有高附加值的化工产品。但二氧化碳自身化学性质稳定，不易被转化、利用。目前，二氧化碳的资源化利用技术包括热化学还原、光化学还原、光电催化还原、电化学还原等方法。虽然许多还原转化过程在理论上是可行的，但在尽可能低的能耗下将二氧化碳还原成高附加值的有机物是其中的一个研究难点和热点，其中，电化学还原法有望成为解决这一难点问题的有效手段。电化学还原法的优势在于：(1)反应条件温和，反应过程中使用的是清洁能源；(2)转换效率高，单元反应比较简单；(3)能够通过控制电解条件调控反应过程和目标产物；(4)实现二氧化碳的循环转化利用，合成精细的化学品。

催化剂是提高二氧化碳电化学还原效率的关键，目前催化剂研究多集中在贵金属或者过渡金属，不仅昂贵稀缺且污染环境，同时还存在稳定性差、电流效率低、目标产物选择性较低等问题。因此，制备高效、稳定、廉价的二氧化碳电化学还原催化剂具有重大的研究意义。

发明内容：

本发明的目的是提供生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用，以生物质为原料合成二氧化碳电化学还原的催化剂生物质基碳材料，对二氧化碳进行高效的电化学还原转化以得到高附加值的有机产物。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用，包括以下步骤：将用作二氧化碳电化学还原催化剂的生物质基碳材料分散到乙醇中，并加入Nafion溶液，搅拌超声得到混合溶液；然后将混合溶液涂覆到气体扩散电极本体上，烘干后得到负载有生物质基碳材料的气体扩散电极，用于二氧化碳电化学还原，对二氧化碳进行高效的电化学还原转化以得到高附加值的有机产物；所述用于二氧化碳电化学还原的催化剂的生物质基碳材料的制备方法包括以下步骤：以富含C、O、N的生物质为原料，先于160～200℃水热反应18～24h，冷却，以乙醇和水交替清洗至溶液呈中性，80～105℃干燥，所得固体随后在惰性气体保护下，700～1000℃碳化2h，冷却后再用水洗至中性，于100-110℃干燥，研磨至100～150目大小得到目标产物。

更优选地，所述用于二氧化碳电化学还原的催化剂的生物质基碳材料的制备方法包括以下步骤：

以富含C、O、N的生物质为原料，先于160～200℃水热反应18～24h，冷却，以乙醇和水交替清洗至溶液呈中性，80～105℃干燥，所得固体随后在惰性气体保护下，700～1000℃碳化2h，冷却后再用水洗至中性，于100-110℃干燥，研磨至100～150目大小，随后，加入5～10mol/L的强酸溶液中，室温搅拌12-24h，过滤并水洗调节pH至中性，于100-110℃干燥得到目标产物；所述的强酸和生物炭的质量比为3:1。

特别地，所述生物质基碳材料用量为10～30mg。

所述乙醇用量为800μL～1200μL。

所述Nafion溶液用量为10μL～30μL。