[发明专利]用于电化学还原二氧化碳合成二碳产物的催化剂电极

说明书

本发明属于电化学催化及双金属复合材料领域，具体涉及一种用于电化学还原CO₂合成二碳产物的催化剂、制备方法及其用途。所述催化剂的原料包括金属前驱体和基底材料，所述金属前驱体为Cu、Ag、Au、Al、Cr中的两种。制备方法为先将基底材料预处理；然后采用溅射法在预处理后的基底材料表面进行溅射金属前驱体，得电极材料；最后将电极材料退火处理即得。本发明提供的双金属电催化材料特指能够将CO₂电催化还原至以乙醇为多碳产物高选择性的以双金属为活性中心的一体式电催化剂，是十分有效的CO₂电催化制乙醇化学品的催化剂，为CO₂电催化制多碳产物催化剂的制备提供了新的思路。

技术领域

本发明属于电化学催化及双金属复合材料领域，具体涉及一种用于电化学还原二氧化碳合成二碳产物的催化剂电极、制备方法及其用途。

背景技术

开发经济以及可持续技术是解决气候变化问题以及全球能源危机的重要途径，而CO₂的利用，基于其可以减少大气中的温室气体的含量同时可以将其转化为高附加值的化学品再利用，而成为其中最具吸引力的一项技术。

CO₂的利用方法主要分为以下几类：热转化、光化学转化、电化学转化、光电化学转化、光热转化以及作为脱氢反应的软氧化剂等。CO₂的热催化转化成化学品是一个重要的研究课题。实际上，热化学转化将CO₂转化为平台化学品是最具有迅速大规模工业化实施的可行性，因此可以加速人类二氧化碳减排的目标。通过CO₂加氢反应可以生成甲烷、CO₂与甲烷干重整或CO₂与氢气通过逆水煤气反应制CO、CO₂加氢制甲醇和烃类化合物。然而，CO₂化学物质惰性，需要高温高压等相当苛刻的条件来加快反应速率或改变化学平衡。CO₂的光化学转化是通过使用太阳能实现对CO2的光还原，被认为是最干净以及环境友好的技术。以CO₂为原料，通过太阳能转换为化学能(如甲烷、乙烷、甲醇、乙醇甚至更高碳链的烷烃类化合物)，而这些化学品能够被储存来供实际需要使用，通过发电来克服太阳能的间歇性问题。与化石燃料的燃烧不同，这种通过可持续CO₂转换系统可以创造一个新的CO₂经济体系。然而，目前的光催化还原反应中催化剂对太阳光的利用效率以及催化反应中载流子的分离制约着整个催化反应的速率，导致目前的光催化还原的转化效率较低。而电催化转化可以通过连接如太阳能、风能以及地热能等可再生能源产生的电能提供一种碳中和能源网络的途径，同时，电还原反应过程可以在常温常压下进行，并且相对比较容易进行工业化放大，相较热催化，电催化具有pH值、电位、气液固界面等调节优势，可以实现C–C偶联，因而成为一种最具有前景的CO₂利用路径之一。

通过电催化精准地调控C1分子经C–C偶联的方式合成特定C2+化合物需要催化剂具有特定的组分及结构。铜基催化剂在CO₂电催化制多碳产品的实际应用中，较多工作是做CO₂还原为一碳产物，二碳及以上的产物比较难获得，目标产物选择性及产率较低，且仍然存在着其他一些障碍，例如过电位较高等。

中国发明专利申请CN109518222B公开了用于电催化CO₂还原至甲酸的铋基催化剂及其制备方法和应用，在水相体系中，铋催化剂具有电催化CO₂还原的特性，且活性与选择性等均优于同类产甲酸的电极材料。与块体金属铋相比，具有纳米结构的铋基催化剂因其具有更高的比表面积，丰富的表面化学反应位点，特定的暴露晶面，以及多样化的尺寸效应等特征,因此在电催化CO₂还原体系中表现出更高的催化活性。该发明提供了一种将CO₂还原为甲酸的方法，但是对乙醇的选择性很低。