一种高效、高CO产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极及其制备方法与应用

本发明属于电催化材料，具体涉及一种高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极及其制备方法与应用。

背景技术：

1、为缓解温室效应，减少二氧化碳排放成为一项重要举措，例如减少化石燃料的使用，并以可替代的可再生能源取而代之。另外，碳捕集与封存(ccs)技术也被提出用于二氧化碳的减排。然而，这项技术的工艺成本高、操作繁琐，并且面临着储存的二氧化碳泄漏的风险。面对ccs技术的局限性，人们开始关注二氧化碳转化技术。尽管二氧化碳是一种臭名昭著的温室气体，但它也是一种丰富而廉价的碳源，可用于生产增值化学品。因此，减少二氧化碳排放并将其转化为有用的材料，既有助于消除温室效应，又能产生能量储存，是一种非常具有吸引力的解决方案。co2的转换一般分为热催化、光催化和电催化三种。其中，电化学还原co2是一种极具潜力的方法。随着新能源在我国所占比例的不断增加，对其进行有效利用已成为科研工作者的研究热点，固体氧化物电解池(soec)因其高的能量转化率、灵活的燃料选择性和环境友好性，被认为是一条可行的途径。soec利用清可再生能源将co2转化为有价值的化学品，包括co、甲烷、乙烯等，从而促进可再生能源的储存，同时减少温室气体的排放。因此，基于高温soec的电化学还原co2是一种很有前途的减少co2排放的途径。

2、虽然soec用途广，但经过数百年的研究，soec至今没有得到大规模的商业化，主要是其较高的运行温度导致了其高造价，热稳定性差，启动时间长等问题限制了其发展。降低温度可以显著降低成本，同时提高soec的耐久性，因此soec的中低温化成为发展的重中之重。ni-ysz金属陶瓷是soec常用的燃料电极材料。然而，结焦和ni氧化引起的燃料电极的降解阻碍了它在二氧化碳电解中的应用(journal of materials science&technology,2020,55:35-55.)。近年来，钙钛矿氧化物因其足够的离子和电子导电性、高氧化还原稳定性和优异的抗结焦性，被认为是二氧化碳电解的替代燃料电极材料(journal of powersources,2021,493:229713.)。然而，在电解co2过程中，钙钛矿氧化物的催化活性相对较差以及co产率较低等关键问题仍需解决。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极及其制备方法与应用。

2、本发明的首要目的在于提供一种通过简单浸渍构建高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极的制备方法。

3、本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极。

4、本发明的再一目的在于提供上述高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极在电解co2反应中的应用。

5、本发明提供通过简单浸渍构建高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极的制备方法，所述制备方法包括：将硝酸镨浸渍液滴入清洁干燥的lsc-sdc多孔燃料电极，其中lsc为la0.7sr0.3coo3-δ，sdc为sm0.2ce0.8o2-δ(δ为氧的非化学计量数)，干燥后通过高温烧结，得到所述高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极。

6、本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

7、本发明提供的通过浸渍方法构建高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极的制备方法，具体包括如下步骤：

8、(1)将硝酸镨溶解于水和乙醇的混合溶剂中，加入乙二醇和2-丁氧基乙醇，搅拌均匀得到硝酸镨浸渍液；

9、(2)将步骤(1)得到的硝酸镨浸渍液滴于固体氧化物电解电池的多孔燃料电极表面，进行干燥，煅烧，得到高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极。

10、进一步地，步骤(1)中，所述硝酸镨浸渍液中硝酸镨的物质的量浓度为0.1-1.5mol/l。

11、优选地，所述硝酸镨浸渍液中硝酸镨的物质的量浓度为0.1-1mol/l。

12、进一步优选地，所述硝酸镨浸渍液中硝酸镨的物质的量浓度为1mol/l。

13、进一步地，步骤(1)中，所述硝酸镨为六水硝酸镨。

14、进一步地，步骤(1)中，所述水和乙醇的混合溶剂中水和乙醇的体积比为1：(0.5-1.5)。

15、优选地，步骤(1)中，所述水和乙醇的混合溶剂中水和乙醇的体积比为1：1。

16、进一步地，步骤(1)中，所述乙二醇与硝酸镨的摩尔比为(0.2-0.5)：1。

17、优选地，步骤(1)中，所述乙二醇与硝酸镨的摩尔比为0.32：1。

18、进一步地，步骤(1)中，所述2-丁氧基乙醇和乙二醇的质量比为(0.5-1.5):1。

19、优选地，步骤(1)中，所述2-丁氧基乙醇和乙二醇的质量比为1:1。

20、进一步地，步骤(2)中，所述干燥的方式为自然晾干或常压干燥。

21、优选地，步骤(2)中，所述干燥的方式为常压干燥。

22、进一步优选地，所述常压干燥的温度为60-70℃。

23、进一步地，步骤(2)中，所述干燥的时间为30-60min。

24、优选地，步骤(2)中，所述干燥的时间为30min。

25、进一步地，步骤(2)中，所述煅烧的升温速率为2-5℃/min。

26、优选地，步骤(2)中，所述煅烧的升温速率为2℃/min。

27、进一步地，步骤(2)中，所述煅烧的温度为400-500℃。

28、优选地，步骤(2)中，所述煅烧的温度为500℃。

29、进一步地，步骤(2)中，所述煅烧的时间为30-60min。

30、优选地，步骤(2)中，所述煅烧的时间为60min。

31、进一步地，步骤(2)中，所述硝酸镨浸渍液的体积与多孔燃料电极的面积比为4-6ul：0.95cm2。

32、优选地，步骤(2)中，所述硝酸镨浸渍液的体积与多孔燃料电极的面积比为5ul：0.95cm2。

33、进一步地，步骤(2)中，所述多孔燃料电极的厚度为15-25um。

34、优选地，步骤(2)中，所述多孔燃料电极的厚度为20um。

35、进一步地，步骤(2)中，所述多孔燃料电极为lsc-sdc。

36、进一步地，步骤(2)中，所述固体氧化物电解电池为lsc-sdc/lsgm/lsc-sdc。

37、本发明提供上述的制备方法制备得到的一种高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极。

38、本发明还提供上述一种高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极在电解co2制co反应中的应用。

39、本发明的高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极具有制备流程简单，制备过程无毒无害，制备成本低，制备方法普适性强，制备过程灵活可控，可大规模批量生产，所得电池成分容易调节等优点，通过本发明优选条件所制备的高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极具有优异co2电解活性及高co产率。

40、将本发明所得高效、高co产率的pro2修饰的lsc-sdc作为多孔燃料电极，lsc-sdc作为阴极，lsgm作为电解质组装成电解质支撑固体氧化物电解池，lsgm为la0.8sr0.2ga0.83mg0.17o3-δ(δ为氧的非化学计量数)。在电解池模式下，在pro2修饰的lsc-sdc多孔燃料电极中通入co2，800℃下，1.2v，1.4v，1.6v下的电流密度分别为0.554a·cm-2、0.663a·cm-2和0.814a·cm-2。co产率为3ml·min-1·cm-2、4.75ml·min-1·cm-2和6ml·min-1·cm-2，显著高于具有纯lsc燃料电极的电池。

41、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

42、1、本发明提供的通过简单浸渍制备高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极，其原料成本低廉，烧结温度较低，生产过程中能耗较低，生产成本低。

43、2、本发明提供的通过简单浸渍制备高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极，其制备方法采用溶液浸渍的策略，可用于制备不同过渡金属元素比例的复合多孔燃料电极，对不同反应仍具有很大的开发潜力。

44、3、本发明提供的通过简单浸渍制备高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极，其制备过程简单易行，制备周期短暂，能够大规模生产，具有商业化的前景。

45、4、本发明提供的通过简单浸渍制备高效、高co产率的固体氧化物电解池多孔燃料电极，其制备过程不会产生任何有毒气体，绿色环保无污染。

46、5、将本发明所得高效、高co产率的pro2修饰的lsc-sdc作为多孔燃料电极的固体氧化物电解池得多孔燃料电极中通入co2，800℃下，1.2v，1.4v，1.6v下的电流密度分别为0.554a·cm-2、0.663a·cm-2和0.814a·cm-2。co产率为3ml·min-1·cm-2、4.75ml·min-1·cm-2和6ml·min-1·cm-2，显著高于具有纯lsc燃料电极的电池。