电催化还原CO2的负载型金铂合金电极及其制备方法

摘要

本发明提供一种电催化还原CO2的负载型金铂合金电极及其制备方法，先对Vulcan XC‑72R炭黑或者碳纳米管进行亲水处理，以油胺作为稳定剂，以氯金酸和氯铂酸作为前驱体，以甲硼烷叔丁胺络合物作为还原剂，加入处理过的炭黑或碳纳米管，进行机械搅拌，离心洗涤，真空干燥得到负载型金铂合金，配置墨水溶液，将制备的合金催化剂材料涂敷干燥制备得到负载型金铂合金电极。制备的负载型金铂合金电极具有高催化活性，高稳定性，具有良好的电化学催化还原CO2的性能。制备工艺过程简单，对设备要求低，具有较好的工业前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电催化还原领域，主要涉及一种电催化还原CO

背景技术

众所周知，CO

如何将二氧化碳转化为具有更高附加值的产物正是现在研究的方向。而二氧化碳通过化学转化的途径进行转化，包括热催化，光催化，电催化等几种途径。电催化还原CO

就电催化还原CO

发明内容

本发明的目的是提供一种电催化还原CO

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：

电催化还原CO

其中具体制备步骤如下:

电催化还原CO

(1)取5～10g炭黑或碳纳米管，加入到200mL丙酮溶液中，升温至60℃，冷凝回流，恒温4h，干燥洗涤，除去表面的丙酮溶液；加入到的200mL盐酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的盐酸溶液；加入到200mL硝酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的硝酸溶液；干燥5～10h，得到具有亲水性的VulcanXC-72R炭黑或者碳纳米管载体；

(2)取10～60mg步骤(1)中处理过的炭黑或者碳纳米管载体，加入适量去离子水，超声处理，得到炭黑或者碳纳米管载体溶液；

适量稳定剂，升温至60℃，在持续搅拌的情况下加入氯金酸和氯铂酸溶液，恒温20min，升温至80～90℃，加入适量还原剂，恒温30～50min，得到反应溶液；

将炭黑或者碳纳米管载体溶液，加入到反应溶液中，恒温搅拌3～10h，停止反应，待溶液冷却至室温，使用正己烷与乙醇混合液洗涤，将催化剂加入到适量上述混合液中，加入1～5mL冰醋酸，搅拌20min，离心洗涤三次，在真空干燥箱中干燥，即可得到负载型金铂合金催剂；

(3)去离子水与无水乙醇为3：1的体积，5％萘酚溶液，2mg步骤(2)中制备的负载型金铂合金催剂，配置成墨水溶液，超声处理；裁剪1*1cm的碳纸，取墨水溶液，均匀涂敷在碳纸上，干燥处理，重复3次，制备得到用于电化学催化还原二氧化碳的负载型金铂合金催化电极。

步骤(1)中所述的盐酸溶液质量浓度为6％；硝酸溶液浓度为5mol/L。

步骤(2)中所述的氯金酸为四水氯金酸，氯铂酸为六水氯铂酸；氯金酸的浓度为0.0243mol/L，氯铂酸的浓度为0.0193mol/L；正己烷与乙醇的的体积比例为1：3。己烷与乙醇混合溶液的配比，以及后面的冰醋酸的处理，能够有效的除去催化剂表面残余的油胺。

步骤(2)中所述的稳定剂为油胺，所述的还原剂为甲硼烷叔丁胺络合物。

步骤(3)所述的干燥处理，是将涂敷好的碳纸电极在红外干燥箱中进行快速干燥。

本发明获得的电催化还原CO

本发明制备的电催化还原CO

(1)洗涤试剂的配置可以有效地除去催化剂表面残留的稳定剂。

(2)催化剂的负载量可控，通过调整前躯体的量可以有效调控催化剂中金铂的比例。

(3)催化剂的制备，工艺过程简单，对设备要求低，具有较好的工业前景。

附图说明

图1为实施例1制备的负载在Vulcan XC-72R炭黑上的金铂合金催化剂的扫描电子显微(SEM)照片。

图2为实施例3制备的负载在多壁碳纳米管上的金铂合金催化剂的扫描电子显微(SEM)照片。

图3为本发明实施例1制备的金铂合金催化剂的XRD衍射谱图。

图4为实施例3制备的催化电极为工作电极，饱和银/氯化银电极(Ag/AgCl)为参比电极，铂丝为对电机，在H型电解槽中，NaFiona117作为质子交换膜，在0.5mol/L饱和碳酸氢钾组成的水溶液中，CO

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

实施例1

电催化还原CO

(1)取5gVulcan XC-72R炭黑，加入到200mL丙酮溶液中，升温至60℃，冷凝回流，恒温4h，干燥洗涤，除去表面的丙酮溶液；加入到的200mL(1：5)的盐酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的盐酸溶液；加入到200mL5mol/L硝酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的硝酸溶液。干燥10h，得到具有亲水性的Vulcan XC-72R炭黑载体。

(2)取30mg步骤(1)中处理过的炭黑载体，加入适量去离子水，超声处理，以备后用。20mL油胺溶液，升温至60℃，在持续搅拌的情况下加入1.6mL氯金酸和0.503mL氯铂酸溶液，恒温20min，升温至90℃，加入适量甲硼烷叔丁胺络合物，恒温30min，将超声分散均匀的载体，加入到上述反应溶液中，恒温搅拌3h，停止反应，待溶液冷却至室温，使用正己烷与乙醇比为1:3的混合液洗涤，将催化剂加入到20mL上述混合液中，加入2mL冰醋酸，搅拌20min，离心洗涤三次，在真空干燥箱中60℃，干燥24h，即可得到负载型金铂合金催剂。

取去离子水0.5mL，无水乙醇1.5mL，6uL 5％萘酚溶液，2mg步骤(2)中制备的催化剂，配置成墨水溶液，超声15min，裁剪1*1cm的碳纸，取上述溶液8ul，均匀涂敷在碳纸上，在红外干燥箱中，快速干燥，重复3次，制备得到用于电化学催化还原二氧化碳的负载型金铂合金催化电极。

实施例1制备的负载在Vulcan XC-72R炭黑上的金铂合金催化剂的扫描电子显微(SEM)照片如图1所示，XRD衍射谱图如图3所示。

实施例2

电催化还原CO

(1)取10gVulcan XC-72R炭黑，加入到200mL丙酮溶液中，升温至60℃，冷凝回流，恒温4h，干燥洗涤，除去表面的丙酮溶液；加入到的200mL(1：5)的盐酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的盐酸溶液；加入到200mL5mol/L硝酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的硝酸溶液。干燥10h，得到具有亲水性的Vulcan XC-72R炭黑载体。

(2)取30mg步骤(1)中处理过的Vulcan XC-72R炭黑载体，加入适量去离子水，超声处理，以备后用。加入20mL油胺溶液，升温至60℃，在持续搅拌的情况下加入1mL氯金酸和1.26mL氯铂酸溶液，恒温20min，升温至90℃，加入适量甲硼烷叔丁胺络合物，恒温30min，将超声分散均匀的载体，加入到上述反应溶液中，恒温搅拌3h，停止反应，待溶液冷却至室温，使用正己烷与乙醇比为1:3的混合液洗涤，将催化剂加入到20mL上述混合液中，加入2mL冰醋酸，搅拌20min，离心洗涤三次，在真空干燥箱中60℃，干燥24h，即可得到负载型金铂合金催剂。

取去离子水0.5mL,无水乙醇1.5mL，6uL 5％萘酚溶液，2mg步骤(2)中制备的催化剂，配置成墨水溶液，超声15min，裁剪1*1cm的碳纸，取上述溶液8ul，均匀涂敷在碳纸上，在红外干燥箱中，快速干燥，重复3次，制备得到用于电化学催化还原二氧化碳的负载型金铂合金催化电极。

实施例3

电催化还原CO

(1)取10g碳纳米管，加入到200mL丙酮溶液中，升温至60℃，冷凝回流，恒温4h，干燥洗涤，除去表面的丙酮溶液；加入到的200mL(1：5)的盐酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的盐酸溶液；加入到200mL5mol/L硝酸溶液中，加热到120℃，冷凝回流，恒温10h，干燥洗涤，除去表面的硝酸溶液。干燥10h，得到具有亲水性的碳纳米管载体。

(2)取30mg步骤(1)中处理过的碳纳米管载体，加入适量去离子水，超声处理40min，以备后用。20mL油胺溶液，升温至60℃，在持续搅拌的情况下加入1.6mL氯金酸和0.503mL氯铂酸溶液，恒温20min，升温至90℃，加入适量甲硼烷叔丁胺络合物，恒温30，将超声分散均匀的载体，加入到上述反应溶液中，恒温搅拌3h，停止反应，待溶液冷却至室温，使用正己烷与乙醇比为1:3的混合液洗涤，将催化剂加入到20mL上述混合液中，加入2mL冰醋酸，搅拌20min，离心洗涤三次，在真空干燥箱中60℃，干燥24h，即可得到负载型金铂合金催剂。

取去离子水0.5mL,无水乙醇1.5mL，6uL 5％萘酚溶液，2mg步骤(2)中制备的催化剂，配置成墨水溶液，超声15min，裁剪1*1cm的碳纸，取上述溶液8ul，均匀涂敷在碳纸上，在红外干燥箱中，快速干燥，重复3次，制备得到用于电化学催化还原二氧化碳的负载型金铂合金催化电极。

实施例3制备的负载在多壁碳纳米管上的金铂合金催化剂的扫描电子显微(SEM)照片如图2所示。该催化电极为工作电极，饱和银/氯化银电极(Ag/AgCl)为参比电极，铂丝为对电机，在H型电解槽中，NaFiona117作为质子交换膜，在0.5mol/L饱和碳酸氢钾组成的水溶液中，CO