一种电催化CO2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法

本发明属于电催化领域，更具体地，涉及一种电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，尤其涉及一种将温室气体co2及生物质废料丙酸电催化生产高附加值乙烯(c2h4)产品的制备方法。

背景技术：

1、随着化石燃料的过度消耗和大量co2气体的释放导致了严重的能源危机和一系列恶劣的环境问题。以可再生能源为动力的电催化技术可以将大气中的co2转化为高附加值的绿色燃料，是解决能源危机和环境问题非常具有前景的策略。作为目前行之有效的解决手段之一，电化学还原co2(erc)既可以使用清洁的可再生能源产生电能，同时还原得到的碳产物也可以实现能源循环利用。与其他co2转化技术相比，erc技术具有以下特点：(1)反应条件温和；(2)装置模块化，易于大规模生产；(3)可以利用可再生能源将co2转化为co、hcooh、ch4、ch3oh、c2h4、c2h5oh、c3h7oh等具有高附加价值的产物，作为可再生能源的储能方式；(4)以h2o作为质子来源，避免了外部补充氢气的弊端；(5)能量转化效率高等优势，是最理想的co2转化途径。

2、但目前erc技术发展存在的主要问题包括：(1)由于反应产物多样化，导致特定产物的法拉第效率低，单一产物的选择性差，催化剂的稳定性差。(2)二氧化碳还原过程中的阳极析氧半反应(oer)的反应能垒高、o2产物价值低。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了将温室气体co2和工业废酸丙酸共同电催化转化为高附加值c2h4产品。本发明所要解决的技术问题是克服阳极析氧反应导致的过电势较高、氧气价值较低及c2h4产物的选择性差的问题，提供一种阴阳极同时产c2h4产物的制备方法，从而大大提高c2h4产物的法拉第效率。

2、根据本发明的目的，提供了一种电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，所述方法在电催化流动池中进行；所述电催化流动池的阴极进行co2还原产生c2h4，阴极的催化剂为高价态金属化合物掺杂的氢氧化铜，所述高价态金属化合物中的金属原子的价态大于等于正五价；所述电催化流动池的阳极进行丙酸氧化产生c2h4，阳极的催化剂为贵金属；所述阴极和阳极之间为阴离子交换膜。

3、优选地，所述高价态金属化合物为钒酸钠、钼酸钠或钨酸钠。

4、优选地，所述贵金属催化剂为铂催化剂、铱催化剂、钌催化剂、金催化剂或钯催化剂。

5、优选地，所述丙酸氧化的的ph为7-12。

6、优选地，所述丙酸的浓度为1-3m。

7、优选地，所述阴极采用的电解液为氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、碳酸氢钾和氢氧化钾的一种或多种的组合。

8、优选地，所述阳极采用的电解液为碳酸氢钾、磷酸钾和氢氧化钾的一种或多种的组合。

9、优选地，所述阴极的催化剂的导电基材为碳材料。

10、优选地，所述碳材料为炭纸、炭布或炭毡。

11、优选地，所述阳极的催化剂的导电基材为铜、钛、镍、钴或铁。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

13、(1)本发明可以将温室气体co2电还原为高附加值c2h4产物，有效解决碳排放的问题。

14、(2)本发明可以将工业废水中的丙酸氧化升级为高附加值c2h4产物，将阳极析氧反应替代为丙酸氧化反应，不仅可以将工业废水中的丙酸氧化升级为高附加值c2h4产物，还可以有效解决工业废水中的废酸问题，这种策略具有广阔的应用前景。

15、(3)本发明可以实现阴阳极同时产c2h4，同时可替代过电位较高且产物价值不高的阳极析氧半反应(oer)，提高能源的利用率。

16、(4)本发明电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，在800macm-2的电流下，co2还原c2h4法拉第效率达到63.86％，丙酸氧化c2h4法拉第效率达到72.86％，总c2h4法拉第效率达到136.72％。

技术特征：

1.一种电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述方法在电催化流动池中进行；所述电催化流动池的阴极进行co2还原产生c2h4，阴极的催化剂为高价态金属化合物掺杂的氢氧化铜，所述高价态金属化合物中的金属原子的价态大于等于正五价；所述电催化流动池的阳极进行丙酸氧化产生c2h4，阳极的催化剂为贵金属；所述阴极和阳极之间为阴离子交换膜。

2.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述高价态金属化合物为钒酸钠、钼酸钠或钨酸钠。

3.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述贵金属催化剂为铂催化剂、铱催化剂、钌催化剂、金催化剂或钯催化剂。

4.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述丙酸氧化的的ph为7-12。

5.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述丙酸的浓度为1-3m。

6.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述阴极采用的电解液为氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、碳酸氢钾和氢氧化钾的一种或多种的组合。

7.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述阳极采用的电解液为碳酸氢钾、磷酸钾和氢氧化钾的一种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述阴极的催化剂的导电基材为碳材料。

9.如权利要求8所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述碳材料为炭纸、炭布或炭毡。

10.如权利要求1所述的电催化co2还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法，其特征在于，所述阳极的催化剂的导电基材为铜、钛、镍、钴或铁。

技术总结
本发明属于电催化领域，涉及一种电催化CO<subgt;2</subgt;还原耦合丙酸氧化同时生产乙烯的方法。所述方法在电催化流动池中进行；所述电催化流动池的阴极进行CO<subgt;2</subgt;还原产生C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;，阴极的催化剂为高价态金属化合物掺杂的氢氧化铜，所述高价态金属化合物中的金属原子的价态大于等于正五价；所述电催化流动池的阳极进行丙酸氧化产生C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;，阳极的催化剂为贵金属；所述阴极和阳极之间为阴离子交换膜。本发明可以实现阴阳极同时产C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;，同时可替代过电位较高且产物价值不高的阳极析氧半反应(OER)，提高能源的利用率。

技术研发人员：游波,薛文杰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6