CN103849885A - 阴极催化剂，阴极材料及其制备方法及反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阴极催化剂，用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括一第一催化剂层以及一第二催化剂层，所述第二催化剂层设置在所述第一催化剂层表面，其中，所述第二催化剂层为一多孔结构。所述第一催化剂层和所述第一催化剂层之间为物理结合且所述第一催化剂层和所述第一催化剂层的材料不同。本发明还涉及一种用于二氧化碳电化学还原转化利用的的阴极材料，该阴极材料包括上述阴极催化剂。本发明还涉及一种用于二氧化碳电化学还原转化利用的反应器，该反应器包括采用上述阴极材料。本发明进一步提供一种上述阴极材料的制备方法。

Description

阴极催化剂,阴极材料及其制备方法及反应器
技术领域
本发明涉及一种阴极催化剂，阴极材料及其制备方法，以及包含该阴极材料的反应器，用于二氧化碳电化学还原转化利用。
背景技术
以化石能源为核心的资源枯竭问题和以气候变化为核心的环境问题是当前人类面临的两大危机。自工业革命以来的上百年里，大量使用化石能源导致其资源短缺，对环境也产生了严重的负面影响, 以地球变暖为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。大量含碳能源的消耗加快了CO2排放速度，打破了自然界CO2循环的平衡，造成CO2在大气中的积累，一方面形成温室效应引起气候变化，另一方面造成了碳源流失。利用可再生能源将CO2转化成含碳的化工原料或燃料则是实现能源和环境可持续发展亟待解决的关键课题。
目前，资源化利用CO2主要通过化学转化、光化学还原、电化学还原、生物转化、CO2与甲烷的重构或CO2的无机转化等方式进行。由于CO2是不活泼分子，化学性质稳定，因此利用化学转化需要在高温以及高压条件下进行，而且CO2的转化率和回收率都不高，目前还难以商业化应用。
与其他CO2转化利用路线相比，电化学还原转化颇具吸引力。电化学还原CO2在常温常压下即可进行反应，反应条件温和且操作简单。另外，在电化学还原过程中，可通过电压、电流、温度等调节反应的选择性，有助于对产物的选择性合成。在电化学还原CO2的过程中，阴极材料中催化剂的性能是决定电化学还原CO2效率的决定性因素之一。现有技术中用于电化学还原CO2的阴极材料中通常采用单一的金属或合金催化剂，然而在实际反应过程中存在反应活性较低，析氢严重，材料性能不稳定等问题，从而造成CO2的转化率低。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种用于二氧化碳电化学还原转化，反应活性较高，且具有较高转化率的阴极催化剂、包含该阴极催化剂的阴极材料，以及应用该阴极材料的反应器以及转化利用方法。
一种阴极催化剂，用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括一第一催化剂层，以及一第二催化剂层设置在所述第一催化剂层表面，其中，所述第二催化剂层为一多孔结构。
一种阴极材料，用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括所述阴极催化剂。
一种反应器，用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括：一电源；一腔体；一电解质隔膜设置在该腔体中，并将该腔体分隔为阴极室以及阳极室；一阳极设置在所述阳极室内，以及一阴极设置在所述阴极室内；所述电源的两端分别与所述阴极与阳极电连接；所述阴极包括所述阴极材料。
一种阴极材料的制备方法，该阴极材料用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括以下步骤：配置一电镀沉积液；以一第一催化剂片为电镀阴极，以及一第二催化剂材料为电镀阳极在所述电镀沉积液中进行电沉积，使所述第二催化剂材料沉积在所述第一催化剂片上形成一镀层，其中所述第一催化剂片和第二催化剂材料选用不同的材料；以及干燥该具有镀层的第一催化剂片，形成所述阴极材料，其中，该阴极材料中所述镀层为一多孔结构，且该镀层与所述第一催化剂片之间为物理结合。
相较于现有技术，本发明实施例采用一双催化剂层作为二氧化碳电化学还原的阴极催化剂，并且其中一催化剂层为多孔结构，该两层催化剂层的材料不同且之间为物理结合，从而在该两层催化剂层的界面结合处可以产生较好的协同效应，从而一方面可以提高该阴极催化剂的稳定性和催化活性，另一方面在二氧化碳转化过程中可以有效地抑制析氢反应，提高二氧化碳转化产物的生成效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的阴极催化剂的结构侧视示意图。
图2为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的阴极催化剂中第二催化剂层的结构示意图。
图3为本发明另一实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的阴极催化剂的结构侧视示意图。
图4为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的阴极材料的结构侧视示意图。
图5为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的阴极材料的制备方法的流程图。
图6为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的反应器的结构示意图。
图7为本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化的锡铜阴极催化剂中锡金属层的扫描电镜照片。
图8为本发明实施例在不同电沉积电流密度下制得的锡铜阴极催化剂作为阴极的循环伏安测试对比图。
图9为本发明实施例在为本发明实施例在不同电沉积时间下制得的锡铜阴极催化剂作为阴极的循环伏安测试对比图。
主要元件符号说明
阴极催化剂 10
第一催化剂层 12
第二催化剂层 14
微孔 142
阴极材料 100
反应器 200
电源 102
腔体 104
电解质隔膜 106
阴极 108
阳极 110
阴极室 112
阳极室 114
阴极进料口 1122
阴极出料口 1124
阳极进料口 1142
阳极出料口 1144
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的用于二氧化碳电化学还原转化利用的阴极催化剂、利用该阴极催化剂的阴极材料以及利用该阴极材料来进行二氧化碳电化学还原转化的方法以及反应器。
请参阅图1，本发明实施例首先提供一种阴极催化剂10，该阴极催化剂10用于电化学还原转化二氧化碳。该阴极催化剂10包括一第一催化剂层12以及一第二催化剂层14，该第二催化剂层14设置在所述第一催化剂层12的表面，其中，所述第二催化剂层14为一多孔结构。
所述第一催化剂层12为一厚度均匀的层状结构。所述第一催化剂层12的厚度可为100纳米至200微米。所述第一催化剂层12为一自支撑结构，所述自支撑是指所述第一催化剂层12无需任何支撑体即可以保持其整体的层状结构。所述第一催化剂层12可以为一连续的层状结构，该连续的层状结构表面均匀致密。此外，所述第一催化剂层12也可以为一多孔的网状结构，该网状结构的第一催化剂层12的孔隙率可为30%至90%。本发明实施例中，所述第一催化剂层12为所述连续的层状结构。
所述第一催化剂层12的材料可为可以用来电化学还原转化二氧化碳的具有催化性能的金属，可包括锌、镉、铟、锡、铅、铋、钯、铂、铜、银、和金。本发明实施例中所述第一催化剂层12的材料为金属铜。
请参阅图2，所述第二催化剂层14厚度均匀且为具有多个微孔142的多孔结构。该多个微孔142在该第二催化剂层14表面均匀分布。该多个微孔142可为通孔或盲孔。本发明实施例中该多个微孔142为通孔。该多个微孔142的形状不限只需保证该多个微孔142在所述第二催化剂层14表面均匀分布即可。优选地，所述多个微孔142的形状可为圆形或方形。所述多个微孔142的孔径可为10纳米至10微米。该多孔结构的第二催化剂层14的孔隙率可为40%至90%，优选地，该孔隙率可为60%至90%。该多孔结构可通过图案化的方式形成。该多孔结构使该阴极催化剂10应用于电化学还原转化二氧化碳时可以增大所述二氧化碳与该阴极催化剂10的接触面积，从而可使该阴极催化剂10具有较好的反应活性以及化学稳定性。所述第二催化剂层14的厚度可为100纳米至5微米。
在该阴极催化剂10中，所述第一催化剂层12和第二催化剂层14选取不相同的材料。本发明实施例中所述第二催化剂层14的材料为金属锡。
所述第一催化剂层12与所述第二催化剂层14之间紧密结合。所述第一催化剂层12与所述第二催化剂层14之间为物理结合。所述物理结合是指所述第一催化剂层12与第二催化剂层14之间并非以合金的方式结合，即不形成化学键，仅通过分子或原子间作用力相互紧密吸附。由于第一催化剂层12与第二催化剂层14的材料不同且之间为物理结合，从而在所述第一催化剂层12与第二催化剂层14的界面结合处可以产生较好的协同效应，从而一方面可以提高催化效率，另一方面在二氧化碳转化过程中可以有效地抑制析氢反应，提高二氧化碳转化产物的生成效率。
请参阅图3，所述阴极催化剂10可进一步包括多层所述第一催化剂层12或多层所述第二催化剂层14，或所述阴极催化剂10同时包括多层第一催化剂层12以及多层第二催化剂层14，只需保证相邻两层催化剂层之间采用不同的材料。所述多层第二催化剂层14可层叠设置后整体设置于层叠后的所述第一催化剂层12表面。此外，所述多层的第一催化剂层12与所述多层的第二催化剂层14之间可交替层叠设置形成所述阴极催化剂10。各层催化剂层之间均为物理结合。
所述阴极催化剂10可通过多种方法制备，只需保证所述阴极催化剂10中至少一催化剂层为所述多孔结构、相邻两层催化剂层的材料不同且之间为所述物理结合。本发明实施例进一步提供一种所述阴极催化剂10的制备方法，包括以下步骤：
S1，配置电镀沉积液；
S2，以一第一催化剂片为电镀阴极以及一第二催化剂材料为电镀阳极，在所述电镀沉积液中进行电沉积，使所述第二催化剂材料沉积在所述第一催化剂片上形成一镀层，其中所述第二催化剂材料与所述第一催化剂片的材料不同；以及
S3，干燥该具有镀层的第一催化剂片，形成所述阴极催化剂10。
在上述步骤S1中，所述电镀沉积液可通过如下步骤配置：
S11，提供一络合剂以及一酒石酸盐；
S12，并将所述络合剂与所述酒石酸盐混合形成一混合液；以及
S13，将一主盐溶于所述混合液中，形成所述电镀沉积液，该主盐含有所述第二催化剂材料元素。
在上述步骤S11中，所述络合剂可为常用的电镀沉积液中使用的络合剂。优选地，所述络合剂为焦磷酸盐。本发明实施例中所述络合剂为焦磷酸钾的水溶液。所述酒石酸盐可作为一辅助络合剂。该辅助络合剂可在后续电沉积的过程中稳定解离的第二催化剂材料离子并且有助于电镀阳极在所述电镀沉积液中的正常溶解。本发明实施例中所述酒石酸盐为酒石酸钾钠。
所述络合剂与所述酒石酸盐的摩尔比可为3:1至20:1。优选地，所述摩尔比可为5:1至16:1。更为优选地，所述络合剂与所述酒石酸盐的摩尔比为8:1。
在上述步骤S12中，可进一步包括一加入至少一添加剂的步骤。该添加剂用于增强所述电镀阴极的极化效果，从而可使后续电沉积形成的镀层晶粒均匀细致。该添加剂的添加量可为0.2克/升至0.6克/升。所述添加剂优选为明胶。
在上述步骤S12中，可进一步包括一加入一表面活性剂的步骤。该表面活性剂可降低所述电镀阴极以及电镀阳极与所述电镀沉积液间的界面张力，从而可提高所述电镀沉积液在所述电镀阴极以及电镀阳极表面的分散能力。该表面活性剂优选为十二烷基苯磺酸钠。
在所述混合液中，所述络合剂、酒石酸盐、添加剂以及表面活性剂之间为物理混合，且相互间完全溶解形成液态的所述混合液。
在步骤S13中，所述主盐含有所述第二催化剂材料元素，该主盐可在所述混合液中解离出所述第二催化剂材料的离子。本发明实施例中所述主盐为二价锡盐，该二价锡盐可在所述混合液中解离出二价锡离子。所述二价锡盐可为氯化亚锡（SnCl2）。所述二价锡盐与所述络合剂的摩尔比可为3:1至6:1。优选地，所述二价锡盐与所述络合剂的摩尔比为4:1。
在上述步骤S1中，所述电镀沉积液在小于40oC的温度环境下进行配置。优选地，所述温度可为5至15oC。
在上述步骤S2中，所述第一催化剂片的材料为所述第一催化剂层12的材料，所述第二催化剂材料即为所述第二催化剂层14的材料。本发明实施例中所述第一催化剂片为铜片，所述第二催化剂层材料为锡金属。所述锡金属可为片状或具有一定厚度的块状结构。优选地，所述作为电镀阳极的锡金属为块状结构。所述第一催化剂片可为表面致密连续的层状或网状结构。
在上述步骤S2中，所述电沉积的过程在低于60oC的温度环境下进行。该温度范围内有利于形成的所述镀层均匀，且可以保持所述镀层与所述第一催化剂片之间的界面物理结合特性。
在上述步骤S2中，通过所述电沉积，形成一具有多个微孔的镀层，该镀层即为所述第二催化剂层14。所述电沉积过程在一恒定电流密度下进行。所述电流密度可为5毫安/平方厘米至30毫安/平方厘米。优选地，所述电流密度可为10毫安/平方厘米至15毫安/平方厘米。此外，所述电沉积的时间可为1分钟至50分钟。优选地，所述电沉积的时间为10分钟至25分钟。在上述电流密度以及电沉积时间范围内，所述镀层厚度均匀且所述微孔均匀分布，从而制成的阴极催化剂10在电化学还原二氧化碳时具有较好的活性。
在上述步骤S3中，所述干燥包括自然晾干或在一较低温度下加热干燥。所述具有镀层的第一催化剂片需避免在较高温度下的干燥或热处理以防止避免破坏形成的所述镀层（第二催化剂层14）的多孔结构。所述干燥的温度优选小于等于60oC。
请参阅图4，本发明实施例进一步包括一阴极材料100，该阴极材料100用于电化学还原转化二氧化碳。该阴极材料100包括所述阴极催化剂10，以及一导电支撑层20，所述阴极催化剂10设置在所述导电支撑层20表面。
所述导电支撑层20用于承载所述阴极催化剂10。该导电支撑层20优选为一层状的多孔结构。该多孔结构具有多个通孔，利于在电化学还原二氧化碳时，二氧化碳以及阴极电解液可以较好地与所述阴极催化剂10接触。该多孔的导电支撑层20可具有一定的厚度，从而使该阴极材料100具有三维立体结构。该厚度的方向与电解电流的方向相同。该导电支撑层20的厚度可为2毫米至30毫米，优选地，该导电支撑层20的厚度可为2.1毫米至20毫米。所述厚度可提高所述电化学还原反应的质子传导速率以及电子传导速率。所述导电支撑层20的材料选取耐高温耐腐蚀的材料，如钛或不锈钢等。
此外，由于所述阴极催化剂10可为一自支撑结构，因此，所述阴极材料100可仅由所述阴极催化剂10组成，从而可简化所述阴极材料100的结构。
此外，由于该自支撑的阴极催化剂10，因此，上述阴极催化剂10的制备方法即可做为所述阴极材料100的制备方法。如图5所示，该制备方法的步骤与上述阴极材料制备方法的步骤相同，在此不再赘述。
请参阅图6，本发明实施例进一步提供一种反应器200用于电化学还原转化二氧化碳。该反应器200包括一电源102，一腔体104，一电解质隔膜106，一阴极108，以及一阳极110。所述电解质隔膜106设置在该腔体104内并将该腔体分隔为阴极室112和阳极室114。所述阴极108设置在所述阴极室112内，所述阳极110设置在所述阳极室114内。所述电源102设置在腔体104外，并且该电源102的两端分别与所述阴极108和阳极110电连接。其中，所述阴极108包括所述阴极材料100。
所述电源102用于给该二氧化碳的电化学还原反应提供电解电压。该电源102可为各种形式的能源，如风电、光电以及电化学电池等。
所述电解质隔膜106将所述阴极108与所述阳极110隔离，所述阴极108、电解质隔膜106以及所述阳极110依次为一层叠结构。该电解质隔膜106可选择性地允许一定量的阳离子从所述阳极110转移到阴极108，以在电化学反应中，平衡所述阳极110与阴极108中离子的化学计量比。所述电解质隔膜106可隔绝电子通过。所述电解质隔膜260可为增强型离子交换膜，如增强型全氟磺酸膜、增强型全氟羧酸膜或增强型全氟磺酸/全氟羧酸复合膜等。
所述阴极108包括所述阴极材料100，其中，所述第一催化剂层12设置在所述第二催化剂层14和所述电解质隔膜106之间。
所述阴极室112进一步包括一阴极进料口1122以及一阴极出料口1124。阴极电解液以及二氧化碳气体从该阴极进料口1122进料，并在该阴极室112内所述阴极材料作用下发生电化学还原反应。反应生成阴极反应产物随反应剩余的所述阴极电解液从所述阴极出料口1124排出。
所述阳极110优选可为一多孔扩散电极，包括一多孔扩散层以及一阳极催化剂层设置在该多孔扩散层表面。其中所述阳极催化剂层设置于该多孔扩散层以及所述电解质隔膜106之间。
所述阳极室114进一步包括以阳极进料口1142以及一阳极出料口1144。阳极电解液和阳极活性物质从该阳极进料口1142进料，并在阳极室内发生电化学氧化反应，反应生成阳极反应产物随反应剩余的所述阳极电解液经所述阳极出料口1144流出。
本发明实施例进一步提供一种利用上述反应器200电化学还原转化二氧化碳的方法，包括以下步骤：
B1，将二氧化碳气体通入所述反应器200内；以及
B2，在所述阴极108和阳极110之间提供电解电压以分解二氧化碳。
上述步骤B1可进一步包括：将所述二氧化碳气体以及所述阴极电解液通入阴极室112内，并流经所述阴极108，同时，将所述阳极电解液和阳极活性物质通入所述阳极室114内。
所述阴极电解液包括溶剂以及溶于该溶剂的溶质，该溶质可为溶解的碱金属碳酸氢盐，碱金属甲酸盐，碳酸氢铵（NH4HCO3）以及甲酸铵（HCOONH4）等中的一种或几种。所述碱金属碳酸氢盐可为碳酸氢钠（NaHCO3）或碳酸氢钾（KHCO3）等。所述碱金属甲酸盐可为甲酸钠（HCOOK），甲酸钾（HCOOK）或其水合物等。本发明实施例中所述阴极电解液为碳酸氢钾水溶液。
所述阳极电解液包括溶剂和可溶于该溶剂的溶质，该溶剂优选为水，该溶质可为碱金属氢氧化物、碱金属盐、铵盐或酸等。具体地，该溶质可为氢氧化钠（NaOH）、硫酸钠（Na2SO4）、硫酸铵（(NH4)2SO4）或硫酸（H2SO4）。所述阳极活性物质可选择与所述阳极电解液的溶质相同的物质，如碱金属氢氧化物等。
在上述步骤B2中，所述电解电压可为2V至5V，优选地，该电解电压可为2.8V至3.5V。在所述反应器200的阴极108与阳极224之间提供电解电压后，所述阳极室114内持续进行电化学氧化反应，所述阴极室112内持续进行电化学还原反应以分解二氧化碳，并生成预期产物。所述预期产物为可以循环再利用的产物，如甲酸盐等有机产物。
实施例
阴极催化剂10的制备
步骤1：电镀沉积液配置
取0.4mol焦磷酸钾溶于800ml去离子水，搅拌并超声半小时。取0.05mol酒石酸钾钠、0.5g明胶、0.1g十二烷基苯磺酸钠，分别溶于所述焦磷酸钾的水溶液中形成所述混合液。在25oC下向所述混合液中加入0.1mol氯化亚锡，搅拌并超声直至所述氯化亚锡完全溶解在所述混合液中，形成所述电镀沉积液。
步骤2：电沉积
取一厚度为20微米、纯度为99.9%的平整光滑铜箔浸泡于丙酮中去污，并置于稀盐酸中活化。选取锡锭为电镀阳极，所述铜箔为电镀阴极在恒定电流密度下进行电沉积。在所述电沉积结束后，取出沉积片，并以去离子水清洗后，在60oC烘箱内烘干，获得锡铜阴极催化剂10，在锡铜阴极催化剂10中，所述铜箔表面物理附着一多孔的锡金属层。请参阅图7，从图中可以看出，所述锡金属层中的孔隙均匀分布。
本实施例在上述过程中分别选取不同的电流密度以及电沉积时间来测试所述阴极催化剂直接作为阴极（无所述导电支撑层）电化学还原二氧化碳的性能。
请参阅图8，采用四种电流密度5 mA/cm2、10 mA/cm2、15 mA/cm2和20mA/cm2，电沉积10分钟后制得电极，并采用循环伏安法测试各个电极的活性以及稳定性（铜箔标记为a0号样品。电沉积电流密度5 mA/cm2、10 mA/cm2、15 mA/cm2和20mA/cm2的锡铜阴极催化剂电极分别标记为a1、a2、a3和a4号样品）。从图中可以看出，中等电流密度（10mA/ cm2和15mA/cm2）下制备的电极对二氧化碳电化学还原具有稳定的高活性，其中15mA/cm2制备的电极的稳定性和化学活性更佳。
请参阅图9，本发明实施例进一步在较低电沉积电流密度（5 mA/cm2），以及不同的电沉积时间下制得的锡铜阴极催化剂电极，利用循环伏安法分别测试各个电极的活性。从图中可以看出，当电沉积时间为20分钟时，制得的电极的活性和稳定性较好。
此外，将上述锡铜阴极催化剂10应用到所述反应器200中进行二氧化碳电化学还原转化。经测试，该反应器200的电流效率达到90%，二氧化碳的转化效率达到92%。
对比实施例1
本对比实施例中将锡铜合金层作为阴极催化剂制备的阴极对二氧化碳进行电化学还原转化，该对比实施例中进行电化学还原转化的反应器与所述实施例的中反应器相同，且反应条件也相同，仅阴极催化剂不同。经测试，对比实施1中采用锡铜合金层作为阴极催化剂的反应器的电流效率为80%，二氧化碳的转化率为80%。
对比实施例2
本对比实施例2与所述对比实施例1基本相同，区别在于，阴极催化剂不同。本对比实施例2中阴极催化剂采用锡铜的合金颗粒。经测试，对比实施例2中采用锡铜的合金颗粒作为阴极催化剂的反应器的电流效率为82%，二氧化碳的转化率达85%。
从上述对比结果可以表明，本发明实施例包括锡铜阴极催化剂10的阴极对二氧化碳具有更好的电化学还原转化效率，且采用该阴极催化剂10的反应器200具有较好的电流效率。
相较于现有技术，本发明实施例采用一双催化剂层作为二氧化碳电化学还原的阴极催化剂，并且其中一催化剂层为多孔结构，该两层催化剂层的材料不同且之间为物理结合，从而在该两层催化剂层的界面结合处可以产生较好的协同效应，从而一方面可以提高该阴极催化剂的稳定性和催化活性，另一方面在二氧化碳转化过程中可以有效地抑制析氢反应，提高二氧化碳转化产物的生成效率。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (29)

1.一种阴极催化剂，用于二氧化碳电化学还原转化利用，其特征在于，该阴极催化剂包括一第一催化剂层以及一第二催化剂层，该第二催化剂层设置在所述第一催化剂层表面，所述第二催化剂层为一多孔结构，所述第一催化剂层和所述第一催化剂层之间为物理结合且所述第一催化剂层和所述第一催化剂层的材料不同。
2.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述阴极催化剂为一自支撑结构。
3.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第一催化剂层为一连续且厚度均匀的层状结构。
4.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第一催化剂层为一多孔的网状结构。
5.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述多孔结构具有多个均匀分布的微孔，所述微孔的孔径为10纳米至10微米。
6.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率为40%至90%。
7.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第一催化剂层的厚度为100纳米至200微米。
8.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第一催化剂层的材料包括锌、镉、铟、锡、铅、铋、钯、铂、铜、银、以及金。
9.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第二催化剂层的材料包括锌、镉、铟、锡、铅、铋、钯、铂、铜、银、以及金。
10.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述第一催化剂层的材料为铜，所述第二催化剂层的材料为锡。
11.如权利要求1所述的阴极催化剂，其特征在于，所述阴极催化剂包括多层所述第一催化剂层或多层所述第二催化剂层，或同时包括多层所述第一催化剂层以及多层所述第二催化剂层。
12.如权利要求11所述的阴极催化剂，其特征在于，所述多层第一催化剂层与所述多层第二催化剂层之间交替层叠设置。
13.一种阴极材料，用于二氧化碳电化学还原转化利用，其特征在于，该阴极材料包括如权利要求1-12中任意一项所述的阴极催化剂。
14.如权利要求13所述的阴极材料，其特征在于，所述阴极材料进一步包括一导电支撑层，所述阴极催化剂设置在所述导电支撑层表面。
15.如权利要求13所述的阴极材料，其特征在于，所述导电支撑层为一具有多个通孔的多孔网状结构。
16.如权利要求15所述的阴极材料，其特征在于，所述导电支撑层为一三维立体结构，该导电支撑层的厚度为2毫米至30毫米。
17.一种反应器，用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括：
一电源；
一腔体；
一电解质隔膜设置在该腔体中，并将该腔体分隔为阴极室以及阳极室；
一阳极设置在所述阳极室内；以及
一阴极设置在所述阴极室内；
所述电源的两端分别与所述阴极与阳极电连接，所述阴极包括一阴极材料，其特征在于，该阴极材料包括如权利要求1-12中任意一项所述的阴极催化剂。
18.如权利要求17所述的反应器，其特征在于，所述第一催化剂层设置在所述第二催化剂层与所述电解质隔膜之间。
19.一种阴极材料的制备方法，该阴极材料用于二氧化碳电化学还原转化利用，包括以下步骤：
配置一电镀沉积液；
以一第一催化剂片为电镀阴极，以及一第二催化剂材料为电镀阳极在所述电镀沉积液中进行电沉积，使所述第二催化剂材料沉积在所述第一催化剂片上形成一镀层，其中所述第一催化剂片和第二催化剂材料选用不同的材料；以及
干燥该具有镀层的第一催化剂片，形成所述阴极材料，其中，该阴极材料中所述镀层为一多孔结构，且该镀层与所述第一催化剂片之间为物理结合。
20.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔结构具有多个均匀分布的微孔，所述微孔的孔径为10纳米至10微米。
21.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述电镀沉积液通过如下步骤配置：
提供一络合剂以及一酒石酸盐；
并将所述络合剂与所述酒石酸盐混合形成一混合液；以及
将一主盐溶于所述混合液中，形成所述电镀沉积液，该主盐含有所述第二催化剂材料元素。
22.如权利要求21所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述电镀沉积液在小于40oC的温度环境下进行配置。
23.如权利要求21所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，进一步包括加入至少一添加剂的步骤，所述添加剂用于增强所述电镀阴极的极化。
24.如权利要求21所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，进一步包括加入一表面活性剂的步骤，所述表面活性剂用于所述电镀阴极以及电镀阳极与所述电镀沉积液间的界面张力。
25.如权利要求21所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂与所述酒石酸盐的摩尔比为3:1至20:1。
26.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述电沉积在温度不超过60 oC的环境下进行。
27.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述电沉积在一恒定电流密度下进行，所述电流密度为5毫安/平方厘米至30毫安/平方厘米。
28.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述所述电沉积的时间可为1分钟至50分钟。
29.如权利要求19所述的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度小于等于60oC。
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