[发明专利]二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂及其制备方法。催化剂化学式为Sn_xCu_yO，其中x+y＝1，且x0。催化剂通过Cu‑BTC前驱体和草酸亚锡混合煅烧制备得到。将制备得到的催化剂涂抹在碳布上形成催化碳布电极，与Ag/AgCl饱和电极、铂电极构成三电极工作体系，在‑2.5V～5V电压下对二氧化碳进行恒电位电化学还原制备甲酸。本发明具有催化剂活性高、甲酸选择性好等优点。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂及其制备方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

可再生能源尤其是风能、太阳能等具有很强的随机性、间歇性、波动性及反调峰性等特点，而且我国优质风能、光能资源分布与用电负荷分布之间存在错位矛盾，电能就地消化困难，渗透率高。这就导致大量的风电、光电因对电网的冲击较大而无法并网，造成了风、光资源的极大浪费。

CO₂是主要的温室气体，同时也是一种无毒廉价的C1资源，将其进行固定利用，对能源和环境领域的发展具有重要的理论和现实意义。将CO₂通过电化学还原方式转化为甲酸等化学品，既是一种温和、绿色的CO₂转化利用方式，同时也是一种有效的风、光等可再生能源储存方式。

目前电化学还原CO₂制备甲酸过程存在反应过程传质效率低、产物选择性差、催化剂稳定性有待提高等问题。专利文献CN103715436A提出了将二氧化锡作为CO₂电化学制备甲酸催化剂，可有效抑制析氢反应，增强产物甲酸的选择性。但是，二氧化锡催化剂稳定性较差，催化剂性能有待进一步提高。Cu基催化剂也可以作为高性能CO₂还原催化剂。

近期随着MOF材料的兴起，高性能MOF材料用作光电催化剂的报道屡见不鲜。

发明内容

本发明旨在提供一种二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂及其制备方法，利用Cu-BTC作为较高CO₂吸附容量前驱体，制备Cu-Sn催化剂提高了CO₂电还原催化反应性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂，其化学式为Sn_xCu_yO，其中x+y＝1，且x0。

二氧化碳电化学还原制备甲酸的催化剂的制备方法，包括：

称取适量硝酸铜，并将其溶于水得到硝酸铜溶液；

称取适量的BTC(1,3,5均苯三酸)，并将其溶于乙醇得到BTC溶液；

按照Cu和BTC摩尔比3:2，将适量硝酸铜溶液滴加到BTC溶液中，混合均匀后置入反应釜使其晶化8～24h，得到晶化产物；将所述晶化产物冷却后进行抽滤获得晶化固体产物，将晶化固体产物用乙醇溶液洗涤并干燥后，得到Cu-BTC；

称取适量草酸亚锡，按照Cu-BTC质量百分比为5％～80％将草酸亚锡和所述Cu-BTC混合，并置于马弗炉内煅烧2～8小时，冷却后即得到催化剂Sn_xCu_yO，其中x+y＝1且x0。

上述技术方案中，所述晶化温度为100～250℃。

上述技术方案中，所述水选用去离子水或高纯水。

上述技术方案中，所述马弗炉内煅烧过程选用程序升温煅烧过程，所述马弗炉内由室温升温至400～600℃，升温速率1～20℃/min，煅烧2～8h。

二氧化碳电化学还原制备甲酸的方法，包括：