一种用于电催化还原CO2制低碳醇的铟基催化剂的制备方法及应用与流程

技术特征：
1.一种用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂，其特征为该催化剂为掺杂负载或非负载型铟基催化剂；所述的负载型催化剂，其载体为碳材料，活性物质为掺杂型氧化铟；负载量为20％～60％；所述的掺杂型氧化铟由掺杂金属盐和可溶性铟盐制备而成，掺杂金属盐与可溶性铟盐的投料比为1％～10％；对于非负载型催化剂，组成包括氧化铟和掺杂元素，由掺杂金属盐与可溶性铟盐制备而得，其中，掺杂金属盐与可溶性铟盐的投料比为1％～10％，氧化铟为三维多孔状结构。2.如权利要求1所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂，其特征为所述的碳材料为炭黑、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、乙炔黑或碳纳米管；所述的掺杂元素为过渡金属的一种或几种；过渡金属具体为pd，ni或v。3.如权利要求1所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂，其特征为所述的掺杂负载或非负载型铟基催化剂形状为线状或颗粒状氧化铟纳米粒子,通过乙二醇法或甘油辅助法制备，对于乙二醇法制备的负载型催化剂，其形貌为堆积的纳米颗粒状或线状结构；对于甘油辅助法合成的催化剂，则为纳米粒子堆积而成的三维多孔结构。4.如权利要求1所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的制备方法，其特征为以下两种方法之一：方法一，乙二醇法，包括以下步骤：步骤1：将可溶性铟盐、可溶性掺杂金属盐加入到装有乙二醇的反应器中，溶解后得到前驱体溶液a；其中，每50～200ml乙二醇加20～80mg可溶性铟盐、0.2～8mg可溶性掺杂金属盐；所述的可溶性铟盐具体为氯化铟、硝酸铟、醋酸铟或上述盐的水合物中的一种，可溶性掺杂金属盐为pd，v或ni的氯化物或硝酸盐或其它金属盐；步骤2：在搅拌状态下，向前驱体溶液a中加入碳载体，并超声1
‑
3h得到混合液b；按照醇水摩尔比为1：0.01～1：0.05的比例加入去离子水，在连续搅拌状态下，通过程序升温控制在180～200℃下反应，并保持3
‑
5h，得到混合液c；其中，前驱体溶液a中可溶性金属盐所对应的金属氧化物与碳载体的质量比为4：1～1：4；步骤3：将混合液c自然冷却至室温后加入占混合液c的体积分数为5％～10％的去离子水并连续搅拌24
‑
48h；步骤4：将步骤3中的混合液c经去离子水洗涤、抽滤后，在80
‑
100℃条件下真空干燥过夜即得到负载型掺杂氧化铟催化剂；或者，方法二，甘油辅助法，包括以下步骤：步骤1：将可溶性铟盐、可溶性掺杂金属盐加入到异丙醇中，再加入甘油，搅拌混合后得到前驱体溶液a；其中，每30
‑
80ml异丙醇加入0.2
‑
0.8g可溶性铟盐、0.02
‑
0.5g可溶性掺杂金属盐、2
‑
30g甘油；所述的可溶性铟盐具体为氯化铟或硝酸铟或醋酸铟或上述盐的水合物中的一种，可溶性掺杂金属盐为pd，v或ni的氯化物或硝酸盐或其它金属盐；具体为氯亚钯酸钾或偏钒酸铵或氯化镍；
步骤2：将上述所得的溶液a置于水热釜中密闭反应1
‑
3h，反应温度为150
‑
200℃，得到混合物b；步骤3：将上述所得的混合物b经洗涤、抽滤和真空干燥后得到反应物c；再将反应物c加入到去离子水中分散，将得到的分散液置于50
‑
80℃下密闭反应1
‑
3h；其中，每30
‑
80ml的去离子水加入0.2
‑
0.5g反应物c；步骤4：将上步反应后的混合物再次洗涤，抽滤和真空干燥后得到反应物d；将反应物d置于马弗炉中，在300
‑
600℃下焙烧1
‑
4h，得到掺杂的多孔氧化铟催化剂。5.如权利要求4所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的制备方法，其特征为方法一或方法二中，可溶性掺杂金属盐体为氯亚钯酸钾、偏钒酸铵或氯化镍。6.如权利要求1所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的应用，其特征为用于电催化还原二氧化碳生成低碳醇类。7.如权利要求6所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的应用，其特征为包括如下步骤：在离子交换膜分隔的h
‑
型或流动型电解池中，以ag/agcl电极或hg/hgo电极为参比电极、pt片或泡沫镍为对电极、所述的掺杂型铟催化剂为工作电极的三电极体系中进行恒电位电催化还原二氧化碳反应；其中，所述恒电位的范围为
‑
0.3v～
‑
1.5v vs.rhe；所述的离子交换膜为阴离子或阳离子交换膜；所述的in催化剂为负载的或非负载的掺杂in催化剂，或者，载体是碳材料的涂覆有所述催化剂的疏水碳纸。8.如权利要求7所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的应用，其特征为所述电解液为kcl、nacl、koh、khco3、nahco3或naoh溶液，浓度为0.1～5m；二氧化碳气体流速为15～30sccm。9.如权利要求7所述的用于电催化还原二氧化碳制低碳醇的铟基催化剂的应用，其特征为所述的铟基催化剂涂覆碳纸的制备方法，包括如下步骤：向铟基催化剂浓度为1～10mg/ml的分散液中加入nafion溶液，随后将催化剂分散液喷涂于碳纸上，室温干燥后得到工作电极；其中，每平方厘米碳纸喷涂50～600μl催化剂分散液；分散液的溶剂为异丙醇和水，比例为1：3～3：1；nafion溶液与分散液的体积配比为1：10～100；nafion溶液的浓度为1wt％～10wt％。

技术总结
本发明为一种用于电催化还原CO2制低碳醇的铟基催化剂的制备方法及应用。该催化剂为掺杂负载或非负载型铟基催化剂；所述的负载型催化剂，其载体为碳材料，活性物质为掺杂型氧化铟；负载量为20％～60％；该方法通过乙二醇法或甘油辅助法得到纳米级别的氧化铟催化剂，并通过添加少量的电子助剂来调变催化剂的电子结构，从而加强对中间体的吸附能力，进而促进醇类产物的生成。本方法通过调节电子助剂的类型和含量可以得到不同掺杂的铟基催化剂，在低过电位下能够实现较高的醇类选择性。过电位下能够实现较高的醇类选择性。过电位下能够实现较高的醇类选择性。


技术研发人员：张生 马新宾 刘海 况思宇
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.06.03
技术公布日：2021/9/9