[发明专利]一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极及其制备和应用

摘要

本发明涉及一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极及其制备和应用，电极包括基底层、及基底层上附着的Sn催化剂和有机助剂混合层，Sn催化剂和有机助剂二者摩尔之比为100:1‑30:1，电极中Sn催化剂的担载量为0.1mg/cm^‑2‑5mg/cm^‑2。在二氧化碳电化学还原过程中，基底层起到支撑体、导电、形成液体和气体传输通道的作用，Sn催化剂催化二氧化碳还原，而有机助剂可以稳定中间反应物CO₂·^‑，提高CO₂浓度，从而降低二氧化碳电化学反应的过电位，提高其电流密度和效率。此外，该电极中助剂还将Sn催化剂锚定在碳基底表面，该电极具有很高的稳定性。

主权项

1.一种二氧化碳电化学还原用气体扩散电极，其特征在于，电极包括基底层、及基底层上附着的Sn催化剂和有机助剂混合层，Sn催化剂和有机助剂二者摩尔之比为100:1‑30:1，电极中Sn催化剂的担载量为0.1 mg/cm²‑5 mg/cm²；所述有机助剂包括乙二胺、己二胺、苯酚、间苯二酚、咪唑、苯胺、噻吩、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚砜、聚酮、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚乙烯吡啶、聚丙烯腈、三苯基膦中的一种或二种以上；所述电极按如下过程制备而成：1）以气体扩散层或处理后的炭毡或炭纸作为基底层：炭毡或炭纸处理过程为：在200～600^oC在空气中进行处理，然后在乙醇、丙酮中进行除油处理清洗；2）所述的Sn催化剂层通过恒电流、恒电位或循环扫描的方法在上述基底表面电化学镀锡得到；电化学镀锡的过程中，镀液为浓度为30‑95 g/L锡酸钠Na₂SnO₃·3H₂O溶液、1.0‑ 20 g/L无机碱溶液及1‑10 g/L缓冲溶液混合液；所述缓冲溶液中的溶质为醋酸钠或醋酸钾中一种或二种，锡酸钠与无机碱的质量比为20:1‑1：1，锡酸钠与缓冲溶液中溶质的质量比为: 20:1‑1：1；所述恒电流为‑5 mA/cm²～‑200 mA/cm²，恒电位为‑0.2 V～‑6 V，循环扫描范围为‑0.3V‑2.0 V；镀锡时间为10s～20000s；3）将有机助剂溶解于混合溶剂中，混合溶剂由DMSO、DMF、DMAC中的一种或二种以上与THF或正己烷中的一种或二种混合而成，在温度为25～50摄氏度下搅拌至有机助剂完全溶解，形成质量浓度为5～40%的溶液；混合溶剂中THF或正己烷的质量含量为5‑40%；4）利用喷涂的方式，将上述有机助剂溶液喷涂到步骤2）制备得到的Sn催化剂表面；5）将上述步骤4）制备的电极取出于室温晾干，后于真空烘箱40‑100摄氏度干燥，制得所需电极；或者，将上述电极浸入有机溶剂中，静置至少1小时，取出于室温晾干，后于真空烘箱40‑100摄氏度干燥，制得所需电极。