一种以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原方法

摘要

一种以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原方法，它涉及一种CO₂电化学还原方法。本发明目的是解决现有CO₂电化学还原方法存在产物效率低的问题。方法：一、将离子液体和超纯水进行混合得到电解液；二、设备组装；三、进行CO₂电化学还原，即完成以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原。本发明优点：一、以含Ag电极为工作电极，还原性能稳定；二、利用离子液体和超纯水进行混合得到电解液，结合以含Ag电极为工作电极，促进阴极区生成CO，大大提高了产物效率；三、本发明利用离子交换膜将阴极池与阳极池隔开，防止了阳极区生成的氧气进入阴极区后对还原反应造成负面的影响。本发明主要用于CO₂电化学还原。

主权项

一种以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原方法，其特征在于以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原方法是按以下步骤完成的：一、配置电解液：将离子液体和超纯水进行混合，得到电解液，所述的电解液中离子液体的摩尔分数为0.1％～40％；二、设备组装：三电极体系的电解池呈H形设置，即电解池分为阳极池和阴极池，且阳极池与阴极池采用通道连通，在通道上设置离子交换膜，利用离子交换膜将阴极池与阳极池隔开，将电解液倒入三电极体系的电解池中，至阳极池与阴极池之间的通道注满电解液为止，以铂片为对电极，将对电极置于三电极体系的阳极区，以含Ag电极为工作电极，以饱和KCl的Ag/AgCl电极为参比电极，并将工作电极和参比电极置于三电极体系的阴极区，在阴极区开设阴极区进气口和阴极区出气口，进气管通过阴极区进气口延伸至电解液液面以下，阴极区出气口与燃气储罐连通，在阳极区开设阳极区出气口，阳极区出气口与阳极储罐连通，在阳极池和阴极池中分别放置一个磁力搅拌转子，将阳极池和阴极池进行密封，且对三电极体系各部件接口处密封；三、排气：以气体流量为30mL/min通过进气管向阴极区电解液中通入氮气，通入时间为30min～60min；四、还原：先以气体流量1mL/min～30mL/min的通入二氧化碳气体，通入时间30min～60min后启动电源和磁力搅拌器，使工作电极的电势为‑4V～‑0.8V，磁力搅拌转速为500r/min～1200r/min，在CO₂气体流量为1mL/min～30mL/min、磁力搅拌转速为500r/min～1200r/min和工作电极的电势为‑4V～‑0.8V下进行CO₂电化学还原，利用燃气储罐收集阴极池内反应产生的气体，利用阳极储罐收集阳极反应产生的气体，即完成以含Ag电极为工作电极的CO₂电化学还原；步骤一中所述的离子液体为BMIM‑BF₄、EMIM‑BF₄、EMIM‑NTF₂、EMIM‑DCA、EMIM‑EtSO₄或EMIM‑OAC；步骤二中所述的含Ag电极为表面有AgO氧化膜的Ag片或表面有AgO膜的Ag粒子电极；所述的表面有AgO氧化膜的Ag片是按以下步骤制备的：①、选纯度为99.99％的Ag片，采用1500目的砂纸对Ag片进行打磨5min～10min，再用去离子水冲洗干净，得到干净Ag片，所述的Ag片的纯度为99.99％；②、将浓度为0.3mol/L的硝酸钠作为电解液倒入电解池中，以铂片为对电极，以干净Ag片为工作电极，以饱和KCl的Ag/AgCl电极为参比电极，在工作电极的电势为0.2V～0.8V和搅拌转速为200r/min～600r/min条件下进行恒电势氧化0.5h～4h，取出后采用去离子水冲洗，并在N₂条件下吹干，即得到表面有AgO氧化膜的Ag片；所述的表面有AgO膜的Ag粒子电极是按以下步骤制备的：(1)、将Ag粉放入马弗炉中，在温度为300～600℃下煅烧1h，得到煅烧后Ag粉，(2)、将煅烧后Ag粉和聚偏氟乙烯混合，再加入N‑甲基吡咯烷酮，在800r/mim的转速下搅拌12h，得到膏状物；所述的煅烧后Ag粉与聚偏氟乙烯的质量比为9:1，所述的煅烧后Ag粉与N‑甲基吡咯烷酮的质量比为1:8；(3)、将膏状物均匀涂在碳纸上，并在温度为45℃下烘干4h，即得到表面有AgO膜的Ag粒子电极；步骤(1)中所述的Ag粉的粒径应低于100nm。