[发明专利]一种基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂及其制备方法和应用。基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂由导电聚合物包覆贵金属基体构成。该基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂应用在电催化CO₂还原过程，可以催化CO₂还原为乙烯，从而改变贵金属催化剂(如银基催化剂)只能催化二氧化碳产生CO的特性。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳电催化还原的催化剂，具体涉及一种导电聚合物改性的贵金属基二氧化碳电还原催化剂，还涉及其通过原位聚合制备导电聚合物改性的贵金属基二氧化碳电还原催化剂的方法，以及导电聚合物改性的贵金属基二氧化碳电还原催化剂作为二氧化碳电催化还原的催化剂还原CO₂高选择性合成乙烯的方法，属于温室气体减排资源化以及电催化材料合成与应用领域。

背景技术

从十八世纪六十年代的工业革命开始，化石燃料成为了人类能源的主要来源。自然界的化石燃料，可能在几百年内全部被人类耗尽。而同时，化石燃料燃烧的产物——以二氧化碳为代表的温室气体对环境的影响，也越来越显著。世界气象组织(WMO)全球大气监测系统收集的观测数据显示，现如今的大气CO₂浓度是工业化前水平的145％。温室效应将产生一系列灾难性的后果，如：冰川熔化、海平面上升；厄尔尼诺效应加剧、极端天气频发；病虫害、粮食减产及全球性的干旱等等。

相比于其他温室气体处理手段，二氧化碳的电催化还原有着许多优势：①可以将已有的二氧化碳为原料，而不需要重新制备二氧化碳，同时解决能源问题与环境问题；②反应条件温和、可控；③可以人为控制还原产物的种类，得到需要的产品。

二氧化碳电还原的催化剂由于其自身对CO中间体和H中间体吸附强度存在差异，因此二氧化碳催化还原产物也呈现出特异性。如：以锡、铅、铋、钴、汞、铟为代表的金属催化剂倾向将二氧化碳还原生成甲酸；金、银、钯等贵金属倾向将二氧化碳还原生成一氧化碳。而相较于甲酸和一氧化碳，将二氧化碳还原为具有更高价值及能量密度的碳氢化合物(如乙烯)则更有研究价值。铜由于其与反应中间体独特的结合能，成为了目前唯一能将二氧化碳还原为碳氢化合物的金属电催化剂。

虽然相较于其他还原产物，碳氢化合物有着更高的工业附加值，但碳氢化合物的合成涉及多电子转移，实现困难较大。因此，将二氧化碳还原为乙烯(2CO₂+12H⁺+12e^-→C₂H₄+4H₂O)是一项具有广阔前景的研究，此研究可以实现温室气体的减排及高附加值化工产品的转化。能将二氧化碳电催化产生乙烯的催化剂种类较少，目前具有乙烯选择性的催化剂主要集中在铜催化剂上。对于其他金属，催化CO₂还原为乙烯依然缺乏有效手段。因此，开发能将二氧化碳还原为乙烯的催化剂，对于拓宽催化剂的选择范围具有现实意义。

发明内容

根据已有技术中以银为代表的贵金属作为二氧化碳电催化还原催化剂存时只能专一性生成一氧化碳问题，本发明的第一个目的是提供一种可以将二氧化碳选择性电还原成比甲酸、一氧化碳等更具有价值的乙烯产物的二氧化碳电还原催化剂，该催化剂彻底解决了现有银基等贵金属催化剂仅能电还原二氧化碳产生一氧化碳，而不能产生高附加值的碳氢化合物的技术问题，且该二氧化碳电还原催化剂在二氧化碳催化转化过程中，表现出性能稳定、产物种类可控的特点，具有较高的应用价值。

本发明的第二个目的是在于开发一种合成简便、花费较少，反应条件温和的制备所述基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂的方法。

本发明的第三个目的是在于提供基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂电催化还原二氧化碳的应用，可以将二氧化碳较高选择性电催化还原成乙烯。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基团修饰的贵金属基二氧化碳电还原催化剂，其由导电聚合物包覆贵金属基体构成。