[发明专利]用于电化学还原CO2

说明书

本发明公开了一种花簇状Cu₂O负载ZnO催化剂的制备方法，并将该催化剂用于电催化还原CO₂高选择性地制备CO燃料。该催化剂以六水合硝酸为原料，氢氧化钠为沉淀剂，柠檬酸钠为表面活性剂，溶剂热法合成花簇状ZnO载体；再以五水硫酸铜为原料，水合肼为还原剂，采用快速热还原法合成不同Cu₂O含量的Cu₂O负载ZnO纳米材料。本发明催化剂为ZnO载体颗粒与片相结合的花簇状，Cu₂O负载在ZnO表面且分散均匀，此类催化剂对电催化还原CO₂制备CO的应用研究较新颖。本发明催化剂制备方法和过程简单易行，原料价格低廉，电化学性能较好，CO₂电化学还原生成CO的选择性高，法拉第效率可达86.9%。

技术领域

本发明涉及一种用于电催化还原CO₂制备CO的Cu₂O负载ZnO双金属氧化物催化剂，特别是涉及由Cu₂O负载ZnO纳米片与纳米颗粒形成的花簇状结构将CO₂高效转化为CO。

背景技术

化石能源的大量开发与消耗使环境中的二氧化碳含量持续增加且打破了自然的碳平衡循环，由此而引起的“温室效应”会造成全球变暖，进而造成南北极冰川融化、海平面上升、气候异常等生态环境问题。国际气候变化委员会预测，到2100年，环境中的二氧化碳含量将由目前的350 ppm升高至590 ppm，全球平均温度会上升1.9 ℃。因此缓解大气中二氧化碳浓度的持续增长是目前全球范围内亟需解决的重要问题。二氧化碳还原技术不仅能够降低二氧化碳在环境中的含量，缓解“温室效应”，而且能够产生具有高附加值的含碳化学品及工业原料，从而实现碳循环。其中，通过电催化还原手段将CO₂转化为多种高附加值的化学品和燃料成为一项备受瞩目的技术。由于CO₂电催化还原的反应路径太多，导致产物选择性较低，而高选择性催化剂往往需要价格昂贵的贵金属。因此，该技术的关键问题在于寻找低成本、高选择性催化剂实现CO₂向单一的物质转化。

电催化还原CO₂可以制备一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）、甲酸（HCOOH）、乙烯（C₂H₄）、甲醇（CH₃OH）等化学品或能源物质，在环境和能源方面具有重要意义。CO作为费托合成的原料之一，是CO₂电还原的重要产物之一。由于CO₂电催化还原产物的复杂性，目前有效地生成CO的催化剂很少有报道。尽管，大力发展地壳含量丰富的廉价金属催化剂代替贵金属催化剂得到相关催化研究领域的高度关注。迄今为止，满足这些条件的催化剂仍屈指可数，且大多数催化剂在相应的催化条件下仅可将CO₂还原为CO、HCOOH及其他碳氧混合物，如何有效地将CO₂进一步高选择性地转化为高热值的CO值得深入研究。

发明内容

本发明目的是为了提供一种用于电催化还原CO₂制备CO的花簇状Cu₂O负载ZnO催化剂，其原料价格相对低廉，制备过程简单易行，且具有较高的CO选择性及法拉第效率。

本发明主要包括花簇状Cu₂O负载ZnO催化剂用于电催化还原CO₂制备CO，通过调整Cu₂O组分的量，提升其CO法拉第效率。本发明所提供的技术方案是：一种用于电催化还原CO₂制备CO的花簇状Cu₂O负载ZnO催化剂，所述催化剂Cu₂O负载量为3wt.%、5wt.%、10wt.%。

进一步的，所述催化剂中ZnO载体为2 μm花簇。

以下为本发明的操作步骤及原理性说明：