一种面向CO2电还原制甲酸系统的Ru基阳极催化剂合成方法

本发明属于新能源化工，具体涉及一种面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法。

背景技术：

1、利用电催化co2还原技术将co2转化为燃料等高附加值的化学品，是实现双碳战略的有效手段。电催化co2还原技术的实现条件通常是常温常压，具有反应条件温和、能量转换效率高、易于实现规模化等优点，受到人们越来越多的关注。值得注意的是，电催化co2还原产生的液态产物甲酸，具有能量密度高，易于运输和储存，可与气体自发分离的优势，是电催化co2还原的理想产物之一。

2、然而，目前电催化co2还原生成高浓度纯甲酸仍存在不少挑战。第一，传统仅利用阴极co2rr反应(co2还原反应)的方式生产甲酸，所产生的甲酸浓度较低，产率较低，难以满足实际的应用需求。第二，除阴极co2rr反应外，阳极oer反应(析氧反应)过程也会影响甲酸的产率。

3、为了解决甲酸产率较低的问题，通过合成一种新型阳极催化剂，并结合电催化co2还原生产甲酸，是提高甲酸产率的一个重要途径。

技术实现思路

1、针对甲酸产率较低的问题，本发明提供了一种面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，通过合成pdco-ruo2作为阳极催化剂，在co2电还原制甲酸系统中大大提升甲酸的产率以及稳定性，方法简单、高效。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方法如下：

3、一种面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，包括以下步骤：

4、步骤1、配制前驱体溶液：

5、分别配制硝酸钯水合物(pd(no3)2·2h2o)水溶液和硝酸钴水合物(co(no3)2·6h2o)水溶液，在称取的氯化钌水合物(rucl3·3h2o)中滴加硝酸钯水合物水溶液和硝酸钴水合物水溶液，混合得到前驱体溶液；

6、前驱体溶液中ru：pd：co的摩尔比为95：1：1，ru摩尔量占比为76％；

7、步骤2、合成ru基阳极催化剂：

8、步骤2.1、将硝酸钾(kno3)或/和硝酸钠(nano3)放入预加热的马弗炉中，保温熔融，得到熔融盐；

9、步骤2.2、将前驱体溶液加入熔融盐中，使前驱体溶液被熔融盐覆盖，再次放入马弗炉进行保温处理，得到反应产物；

10、步骤2.3、反应产物冷却至室温后，经多次洗涤和离心后，干燥得到ru基阳极催化剂，记为pdco-ruo2。

11、进一步地，步骤2.1中硝酸钾与硝酸钠的摩尔比为1:1。

12、进一步地，步骤2.1中保温温度与步骤2.2中保温温度相同，均为380～500℃。

13、进一步地，步骤2.2中保温的时长为1～2h。

14、进一步地，步骤2.3采用去离子水和无水乙醇洗涤。

15、进一步地，所得pdco-ruo2具体为掺杂元素pd与co的摩尔比为1:1的ruo2复合物。

16、进一步地，所述ru基阳极催化剂的形貌为由均匀纳米颗粒聚集而成的球形团簇，球形团簇的尺寸为50～100nm。

17、一种co2电还原制甲酸系统，包括依次的阴极气体扩散电极、阴极催化剂、阴离子交换膜、固态电解质、阳离子交换膜、ru基阳极催化剂和阳极气体扩散电极；

18、其中，阴极气体扩散电极侧设置co2进气口，阳极气体扩散电极侧设置电解液进液口，向固态电解质一端通入湿润气体，电催化co2还原的甲酸从固态电解质另一端随着湿润气体带出。

19、进一步地，所述阴极催化剂为pb1cu，具体为pb摩尔量占比为1％的cu基合金。

20、进一步地，所述阴极气体扩散电极与阳极气体扩散电极均为附有微孔层的疏水碳纸。

21、进一步地，所述阴极催化剂负载在阴极气体扩散电极表面，负载量为1.0～2.0mg/cm2。

22、进一步地，所述ru基阳极催化剂负载在阳极气体扩散电极表面，负载量为1.0～2.0mg/cm2。

23、进一步地，所述湿润气体为湿润度超过50％的co2、氮气或稀有气体。

24、进一步地，阳极气体扩散电极侧通入的电解液为硫酸溶液，浓度为0.5m，流速为2ml/min。

25、进一步地，阴极气体扩散电极侧通入的co2气体流速为30～50sccm。

26、进一步地，所述co2电还原制甲酸系统通入的电流为100～150ma/cm2。

27、进一步地，所述固态电解质的厚度为2～5mm。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

29、1、本发明合成了一种面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂pdco-ruo2，其中pd原子与co原子均以单原子替代部分ru原子的方式存在，并且pd原子和co原子均与ru原子之间存在电子相互作用，以增加不饱和的ru-o活性位点，利于反应过程中含氧中间体的吸附；

30、2、所得ru基阳极催化剂pdco-ruo2应用在co2电还原制甲酸系统中，可实现高浓度纯甲酸溶液的连续、稳定生产，显著提升甲酸产率，实现3m的高浓度甲酸，并在180h的稳定性测试中获得超过90％的甲酸法拉第效率，满足制药、驱动甲酸燃料电池等领域的实际应用需求，具有实验条件与操作过程简单、反应温和、高效的优点，利于规模化推广应用。

技术特征：

1.一种面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，其特征在于，步骤2.1中硝酸钾与硝酸钠的摩尔比为1:1。

3.根据权利要求2所述面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，其特征在于，步骤2.1中保温温度与步骤2.2中保温温度相同，均为380～500℃。

4.根据权利要求1所述面向co2电还原制甲酸系统的ru基阳极催化剂合成方法，其特征在于，步骤2.2中保温的时长为1～2h。

5.一种co2电还原制甲酸系统，其特征在于，包括依次的阴极气体扩散电极、阴极催化剂、阴离子交换膜、固态电解质、阳离子交换膜、ru基阳极催化剂和阳极气体扩散电极；

6.根据权利要求5所述co2电还原制甲酸系统，其特征在于，所述湿润气体为湿润度超过50％的co2、氮气或稀有气体。

7.根据权利要求5所述co2电还原制甲酸系统，其特征在于，阴极气体扩散电极侧通入的co2气体流速为30～50sccm。

8.根据权利要求5所述co2电还原制甲酸系统，其特征在于，阳极气体扩散电极侧通入的电解液为硫酸溶液，浓度为0.5m，流速为2ml/min。

9.根据权利要求5所述co2电还原制甲酸系统，其特征在于，所述固态电解质的厚度为2～5 mm。

技术总结本发明公开了一种面向CO<subgt;2</subgt;电还原制甲酸系统的Ru基阳极催化剂合成方法，属于新能源化工技术领域，先在氯化钌水合物中滴加硝酸钯水合物水溶液和硝酸钴水合物水溶液，混合得到前驱体溶液；在马弗炉中加热得到熔融盐，将前驱体溶液加入熔融盐中，放入马弗炉保温处理，所得反应产物经多次洗涤、离心、干燥，得到Ru基阳极催化剂PdCo‑RuO<subgt;2</subgt;，用于CO<subgt;2</subgt;电还原制甲酸系统中作为阳极催化剂使用。CO<subgt;2</subgt;电还原制甲酸系统中的阴极气体扩散电极侧设置CO<subgt;2</subgt;进气口，阳极气体扩散电极侧设置电解液进液口，向固态电解质一端通入湿润气体，电催化CO<subgt;2</subgt;还原的甲酸从固态电解质另一端随着湿润气体带出。本发明所得Ru基阳极催化剂可实现高浓度纯甲酸溶液的连续、稳定生产，显著提升甲酸产率和稳定性，利于规模化推广应用。技术研发人员：钟可心,夏川,江秋,赵雅洁,乌兰其其格,唐佳琳受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27