公開了包含至少一種催化活性元素和一種助催化劑的催化劑。所述催化劑可以用來增大化學反應的速率、改變化學反應的選擇性或降低化學反應的超電勢。這些催化劑可以用于各種化學反應，尤其包括CO2的電化學轉化。還公開了使用所述催化劑的化學方法和裝置，包括用于生產CO、OH-、HCO-、H2CO、(HCO2)-、H2CO2、CH3OH、CH4、C2H4、CH3CH2OH、CH3COO、CH3COOH、C2H6、O2、H2、(COOH)2或(COO-)2的方法，以及一種具體裝置，即，CO2傳感器。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的領域是催化學和催化劑。本專利技術的催化劑可應用于例如二氧化碳到有用產物的電化學轉化。專利技術背景 當前對降低來自工業設施的二氧化碳(CO2)排放存在需要。這些年來，對于CO2到有用產物的轉化提出了大量的電化學方法。在美國專利3，959，094、4，240，882,4,523，981,4,545，872,4,595，465,4,608，132,4,608，133,4,609，440、4，609，441,4, 609，451,4, 620，906,4, 668，349,4, 673，473,4, 711，708,4, 756，807、4，818，353,5, 064，733,5, 284，563,5, 382，332,5, 457，079,5, 709，789,5, 928，806、5，952，540、6，024，855、6，660，680、6，987，134( ' 134 專利)、7，157，404、7，378，561、7，479，570、美國專利申請20080223727( ' 727申請)和由Hori綜述的文章(ModernAspects of Electrochemistry,42，89-189，2008) ( “Hori 綜述”)、Gattrell 等(Journal of Electroanalytical Chemistry, 594, 1-19, 2006) ( ^Gattrell 綜述，，)、DuBois (Encyclopedia of Electrochemistry, 7a, 202-225, 2006) ( “DuBois 綜述，，)以及文章 Li 等(Journal of AppliedElectrochemistry, 36,1105-1115, 2006)、Li 等(Journal ofAppliedElectrochemistry,37,1107-1117,2007)和 Oloman 等(ChemSusChem,I,385-391,2008) ( “Li和Oloman文章”)中討論了用于CO2轉化的方法和用于它們的催化劑。一般地,如圖I中所示，電化學電解槽(電化學電池,electrochemicalcell)含有陽極(50)、陰極(51)和電解質(電解液，electrolyte) (53)。催化劑被放置在陽極、和或陰極上和或在電解質中以促進所需的化學反應。在操作期間，將反應物或含有反應物的溶液進料到電解槽中。然后在陽極與陰極之間施加電壓，以促進電化學反應。當使用電化學電解槽作為CO2轉化系統時，將包括CO2、碳酸鹽或碳酸氫鹽的反應物進料到電解槽中。將電壓施加至電解槽，并且CO2發生反應而形成新的化合物。Hori綜述中的陰極反應的實例包括C02+2e—*· C0+022C02+2e- — C0+C032-C02+H20+2e_ — C0+20!T C02+2H20+4e- — HC0>30rC02+2H20+2e_ — H2C0+20『C02+H20+2e_ — (HC02r+0『C02+2H20+2e-— H2C02+20!TC02+6H20+6e_ — CH30H+60H_C02+6H20+8e_ — CH4+80H_2C02+8H20+12e- — C2H4+120F2C02+9H20+12e- — CH3CH2OH+120F2C02+6H20+8e- — CH3C00H+80H_2C02+5H20+8e- — CH3C00>70rCO2+1OH2O+14e- ^ C2H6+140F C02+2H++2e_ — C0+H20、乙酸、草酸、草酸根(oxylate)C02+4H++4e—CH4+02其中e_是電子。以上給出的實例僅為示例性的并且不意味著是所有可能的陰極反應的窮盡性列舉。在Hori綜述中提到的陽極上的反應的實例包括202- — 02+4e-2C032 — 02+2C02+4e—4 OH — 02+2H20+4e_2H20 — 02+4H.+4e_以上給出的實例僅為示例性的并且不意味著是所有可能的陽極反應的窮盡性列舉。 在之前的文獻中，包含下列各項中的一種或多種的催化劑都顯示出對于CO2轉化的活性v、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au、Hg、Al、Si、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Sb、Te、U、Sm、Tb、La、Ce 和 Nd。綜述包括 Ma 等(Catalysis Today,148, 221-231, 2009) > Hori (Modern Aspects ofElectrochemistry, 42,89-189，2008)、Gattrell等(Journal of ElectroanalyticalChemistry,594,1-19,2006)>DuBois (Encyclopedia of Electrochemistry, 7a, 202-225, 2006)及其中的參考文獻。Hori綜述中的結果顯示CO2的轉化僅輕微地受到溶劑影響，除非該溶劑也充當反應物。水可以如同反應物起作用，所以水中的反應不同于非水溶液中的反應。但反應在大多數非水溶劑中是相同的，并且重要地，超電勢(overpotential)在水中和在非水溶劑中幾乎相同。Zhang 等(ChemSusChem，2，234-238，2009)和 Chu 等(ChemSusChem，I，205-209，2008)報道了由離子液體催化的CO2轉化。Zhao等(The Journalof Supercritical Fluids,32，287-291，2004)和 Yuan 等(Electrochimica Acta54 (2009) 2912-2915)報道了使用離子液體作為用于CO2電轉化的溶劑和電解質，但不是共催化劑。這些文章的每一個通過引用并入。2009年11月的Catalyst Today (今日催化)第48卷，第189-410頁提供了關于CO2利用的第10屆國際會議會刊。這些專頁通過引用并入。催化劑為塊狀材料、負載粒子、粒子的集合、小金屬離子或者有機金屬的形式。仍然，根據Bell (A. Bell. Ed,Basic ResearchNeeds,Catalysis For Energy,USDepartment Of Energy Report PNNL17712,2008)(“Bell報告”)，“阻礙二氧化碳有效轉化成能量攜帶產物的有效轉化的主要障礙是缺少催化劑”，該催化劑具有在低超電勢的足夠活性和高電子轉化效率。超電勢與過程的損耗能量有關，所以需要超電勢盡可能低。然而，根據Bell報告“可以獲得大于50%的電子轉化效率，但是以非常高的超電勢為代價”。在可以獲得實用方法之前，需要克服此限制。所述'134專利還考慮使用鹽(NaCl)作為輔助“催化劑”用于氣相中的CO2還原，但鹽不降低反應的超電勢。許多催化劑的另一個缺點在于，它們還具有低的電子轉化效率。對于實用的催化劑系統，需要超過50%的電子轉化效率。以上實例考慮了用于CO2轉化的應用，但本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：理查德·I·馬塞勒，布賴恩·羅森，
申請(專利權)人：二氧化碳材料公司，
類型：
國別省市：
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