一种电催化CO2还原为乙醇的方法

本发明涉及co2还原领域，特别是涉及一种电催化co2还原为乙醇的方法。

背景技术：

1、工业时代以来人类大量使用化石燃料额外增加了co2的排放量，大气中的co2浓度超过了地球生态的碳循环限度，导致温室效应加剧和极端气候频发。针对这一问题，必须削减化石燃料的消耗，逐步减少碳排放，并对超额的co2进行科学的处理。

2、处理co2的科学路径分为脱碳、碳封存和碳循环。其中，碳循环将co2还原为其他含碳燃料和化学品，令其随人类生产生活进入循环，是一种可持续且具有经济价值的co2处理手段，其核心是催化稳定的co2分子发生还原反应。co2还原的产物多样，其中乙醇等c2+产物(即单一分子内含有两个及以上c原子)在能量密度和工业应用等方面的价值明显高于c1产物(即单一分子内仅含有一个c原子)，但c2+产物的生成需要经历高反应能垒的碳碳偶联过程，且co2还原时会产生多种中间体并各自导向不同的最终产物，因此催化co2还原为c2+产物的效率偏低且单一产物的选择性低。基于此，开发一种具有应用价值的催化co2还原为单一产物的方法具有现实意义。

3、催化co2还原的方法目前主要有光、热、电催化以及三种催化方式的不同组合。电催化co2还原反应条件温和，易于控制，并可与可再生能源耦合实现储能，因此具有工业化价值。目前提出的电催化co2还原产c1产物的方法已能够获得接近100％的法拉第效率和安培级的催化电流密度，但能够高效产c2+产物的方法仍然较少。对于拥有广泛应用领域的c2液体燃料乙醇，其在电催化co2还原方面具有关注度但催化转化的法拉第效率和催化活性仍然有限。基于此，开发一种具有应用价值的电催化co2还原为乙醇的方法具有现实意义。

4、综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种电催化co2还原为乙醇的方法，该方法通过使用ag2s/ag纳米线作为催化剂，能够以高选择性和高催化活性催化co2还原为乙醇；该方法使用的催化剂合成简单，反应条件温和，具有良好的应用前景。

2、本发明的一个目的在于，提供一种电催化co2还原为乙醇的方法，包括如下步骤：

3、s1、将ag2s/ag纳米线加入全氟磺酸质子交换膜溶液，超声处理后，涂覆在工作电极表面，干燥，得到负载ag2s/ag纳米线的工作电极；

4、s2、将电解液加入电解槽中，与所述负载ag2s/ag纳米线的工作电极、参比电极和对电极组成电解池；

5、s3、将所述电解池在持续通入co2的条件下进行恒电位电解，得到乙醇。

6、进一步地，所述ag2s/ag纳米线包括ag纳米线和ag2s；

7、所述ag纳米线构成骨架，所述ag2s原位生长于所述ag纳米线骨架表面形成不连续岛状结构。

8、进一步地，所述ag2s/ag纳米线具有丰富的ag-ag2s界面。

9、进一步地，所述ag2s/ag纳米线的制备方法包括如下步骤：

10、l1、将ag纳米线加入溶剂中，超声分散形成ag纳米线胶体；

11、l2、将na2s溶液加入所述ag纳米线胶体中混合，搅拌反应，纯化，得到中间产物；

12、l3、将所述中间产物纯化并分散于溶剂中，得到ag2s/ag纳米线。

13、进一步地，所述工作电极选自玻碳电极或气体扩散电极中的一种。

14、进一步地，所述气体扩散电极一面负载能够保障反应气体快速均匀扩散到电极表面的气体扩散层，一面负载电催化剂，并具备一定程度移除电化学过程中产生的水的水管理能力。

15、进一步地，所述电解液的溶质选自koh、naoh、khco3、nahco3、k2co3或na2co3中的一种或多种，溶剂选自水、乙腈或两者混合物中的一种。

16、进一步地，所述参比电极为ag/agcl电极。

17、进一步地，所述对电极选自碳棒或铂网中的一种。

18、进一步地，所述电解池选自h型电解池或流动型电解池的一种。

19、h型电解池由隔膜隔开的阴极室与阳极室中分别填充一定体积的电解液，并在电解过程中电解液不流动，co2分子由溶液中扩散至工作电极表面；流动型电解池由隔膜隔开的阴极室与阳极室中分别注入由泵驱动的持续流动的电解液，在阴极室相对阳极室的另一侧存在由气体扩散电极隔开的气体通道，co2分子进入气体通道后由气体扩散层扩散至工作电极表面而不经过电解液。

20、进一步地，所述流动型电解池使用流动的电解液维持反应体系的动态平衡。

21、进一步地，所述恒电位的范围为-0.75v～-1.15v。

22、进一步地，所述恒电位为相对可逆氢电极的电位。

23、进一步地，步骤s3中，所述持续通入co2的速率为20-40ml/min。

24、本发明具有以下有益效果：

25、本发明提供了一种电催化co2还原为乙醇的方法，该方法使用ag2s/ag纳米线作为催化剂，该催化剂具有丰富的金属-半导体界面并保留了对于co具有高选择性的ag纳米线表面，保证了催化过程中丰富的co中间体供应，并降低了co2向乙醇转化的反应能垒，有效提高了催化活性和乙醇选择性。本发明能够以高选择性和高催化活性催化co2电还原为乙醇并保证液相产物的单一，单一液相产物乙醇的法拉第效率达75％。

26、本发明使用的催化剂制备简单，反应条件温和，为催化co2还原所需施加的电位低，总体具有良好的经济效益，具有实际应用潜力。

技术特征：

1.一种电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述ag2s/ag纳米线包括ag纳米线和ag2s；

3.根据权利要求2所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述ag2s/ag纳米线的制备方法包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述工作电极选自玻碳电极或气体扩散电极中的一种。

5.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述电解液的溶质选自koh、naoh、khco3、nahco3、k2co3或na2co3中的一种或多种，溶剂选自水、乙腈或两者混合物中的一种。

6.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述参比电极为ag/agcl电极。

7.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述对电极选自碳棒或铂网中的一种。

8.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述电解池选自h型电解池或流动型电解池的一种。

9.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，所述恒电位的范围为-0.75v～-1.15v。

10.根据权利要求1所述电催化co2还原为乙醇的方法，其特征在于，步骤s3中，所述持续通入co2的速率为20-40ml/min。

技术总结本发明公开了一种电催化CO<subgt;2</subgt;还原为乙醇的方法，包括如下步骤：S1、将Ag<subgt;2</subgt;S/Ag纳米线加入全氟磺酸质子交换膜溶液，超声处理后，涂覆在工作电极表面，干燥，得到负载Ag<subgt;2</subgt;S/Ag纳米线的工作电极；S2、将电解液加入电解槽中，与所述负载Ag<subgt;2</subgt;S/Ag纳米线的工作电极、参比电极和对电极组成电解池；S3、将所述电解池在持续通入CO<subgt;2</subgt;的条件下进行恒电位电解，得到乙醇。本发明提供了一种电催化CO<subgt;2</subgt;还原为乙醇的方法，该方法通过使用Ag<subgt;2</subgt;S/Ag纳米线作为催化剂，能够以高选择性和高催化活性催化CO<subgt;2</subgt;电还原为乙醇并保证液相产物的单一，单一液相产物乙醇的法拉第效率达75％；本发明使用的催化剂制备简单，反应条件温和，为催化CO<subgt;2</subgt;还原所需施加的电位低，总体具有良好的经济效益，具有实际应用潜力。技术研发人员：方萍萍,邹参俊,刘幸标受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15