一种Ag及其合金纳米颗粒的制备方法

本发明属于新能源领域，涉及一种合金纳米颗粒材料的制备方法，特别是涉及一种具有优异电催化还原co2为co性能的ag及其合金纳米颗粒的制备方法。

背景技术：

1、为了解决能源危机和二氧化碳过量排放的问题，人们发现了一种可以一举两得的方法：将二氧化碳转化成高价值的化学品。这种方法不仅可以消耗大气中积累的二氧化碳，转化的产物还可以替代化石燃料提供能源，具有非常好的发展前景。因此开发和发展可持续的二氧化碳转换技术尤为迫切。在众多的二氧化碳转化方法中，电化学转化法是实现“零碳网络”循环的有效选择，因为其具有以下优点：(1)电化学转化法具有温和的反应条件，在常温常压的水相中即可进行；(2)电化学转化法用清洁的水和二氧化碳作为原料，可以避免其他化学品引入造成的污染。而在二氧化碳还原产物中，如co、甲烷、c2h5oh等，co因为以下优点受到广泛关注：(1)co是电催化还原二氧化碳反应的基础产物，有着简单的反应机理且选择性较高；(2)co可以作为原料生产具有更高附加值的产品；(3)co比其他产物在水相中分离更为简单。

2、基于此，探索电催化还原二氧化碳制co的高效催化剂尤为关键。近年来，碳材料因其低成本、良好稳定性和较大比表面积等优点，被视为最具发展潜力的催化剂载体之一，在her、oer、orr等领域被广泛应用。此外，研究人员发现ag、zn、cu、sn等相比于其他金属或非金属有着更好的电催化还原二氧化碳制co性能。目前，制备纳米金属或合金的方法主要有去合金法、电化学方法和氧化-还原法等。此外，不断有报道通过晶面调控，尺寸调控，形貌调控和表面改性等方法来提高其催化性能。尽管这些制备及优化方法可以显著提高催化剂的性能，但大多数方法的制备过程复杂，成本较高且不够绿色环保，如cn108152342a、cn101403105。并且由于二氧化碳分子固有的热力学性质稳定，目前较高的过电位和不够理想的电流密度仍然限制着ag及其合金催化剂的发展。

3、因此，探究更简单高效的ag及其合金催化剂制备方法、开发新型高效的二氧化碳电还原催化剂对于电催化还原二氧化碳的实际应用具有重要意义。

技术实现思路

1、针对电催化还原二氧化碳制co的催化剂，本发明提供一种用热冲击的方法制备相对方便、低成本的ag及其合金纳米材料，将其应用于电催化co2还原反应并具有高co产物选择性和高催化活性。此法制备工艺简单，成本低，时间短，催化剂材料活性及选择性高，整个工艺过程无污染，易于规模化生产。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种ag及其合金纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

4、1)将载体碳粉放入管式炉中煅烧后自然降温至室温后取出；

5、2)将银源，或者，银源和其他金属盐溶解在溶液中，完全溶解后加入碳粉进行强烈超声分散，将所得混合溶液完全干燥后取出进行研磨精制；

6、3)将精制得到的前驱体粉末用超声洗净的导电材料包裹后进行快速热冲击，使ag或其合金以纳米颗粒的形式负载在碳材料载体上。

7、优选地，所述碳粉为gs碳、vgcf碳、cnts碳中的一种或多种。

8、优选地，所述步骤1)中煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为1～3h。

9、优选地，所述步骤2)中所用ag源为agno3、agch3coo、agcn中的至少一种。

10、优选地，所述步骤2)中其他金属为zn、cu、sn中的一种或几种；

11、当所述其他金属为zn时，所用锌源为zn(no3)2、zn(ch3coo)2·2h2o中的一种或两种；

12、当所述其他金属为cu时，所用铜源为cu(no3)2、cu(ch3coo)2·h2o、cucn中的一种或几种；

13、当所述其他金属为sn时，所用锡源为sn(no3)2、sn(ch3coo)2中的一种或两种。

14、优选地，所述步骤2)中溶液为甲醇、水、乙醇中的一种或几种混合溶液，

15、优选地，所述步骤2)中超声分散时间为0.5～1.5h，干燥温度为323～353k，研磨时间为20～40min。

16、优选地，所述步骤3)中所用导电材料为碳布，尺寸为2.0×1.5～4.0×3.0cm2，清洗溶液为甲醇、水、乙醇中的一种或几种，超声时间为15～30min，每次包裹的前驱体粉末量为5～10mg。

17、优选地，所述步骤3)中热冲击压力为常压，气氛为惰性气体气氛；热冲击所用电源为直流电源，电压为20～30v，电流为15～25a。

18、本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明采用电焦耳加热热冲击的方法制备ag或其合金纳米颗粒材料，此制备工艺较为简单，相比于传统方法，可节省设备的成本，并且可以避免其他化学品引入造成的污染。

20、(2)本发明在极短时间内将ag及其合金热冲击成以球形或亚球形的形式存在的纳米颗粒，并且以低成本、良好稳定性和较大比表面积的碳材料作为载体，能够大大提升材料的比表面积，利于材料活性位点的暴露，具有高催化活性。

21、(3)本发明制备工艺简单，可操作性强，时间短，能耗低，易于在工业上实施和大批量生产。

技术特征：

1.一种具有优异电催化还原co2为co性能的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述碳粉为gs碳、vgcf碳、cnts碳中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为1～3h。

4.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所用ag源为agno3、agch3coo、agcn中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中其他金属为zn、cu、sn中的一种或几种；

6.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中溶液为甲醇、水、乙醇中的一种或几种混合溶液。

7.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中超声分散时间为0.5～1.5h，干燥温度为323～353k，研磨时间为20～40min。

8.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中所用导电材料为碳布，尺寸为2.0×1.5～4.0×3.0cm2，清洗溶液为甲醇、水、乙醇中的一种或几种，超声时间为15～30min，每次包裹的前驱体粉末量为5～10mg。

9.根据权利要求1所述的ag及其合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中热冲击压力为常压，气氛为惰性气体气氛；热冲击所用电源为直流电源，电压为20～30v，电流为15～25a。

技术总结本发明公开了一种具有优异电催化还原CO<subgt;2</subgt;为CO性能的Ag及其合金纳米颗粒的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)煅烧载体碳粉，溶解分散含银的金属盐和碳粉，干燥并研磨精制得到前驱体粉末；(2)将前驱体粉末进行快速热冲击得到Ag或其合金纳米颗粒。本发明采用电焦耳加热热冲击的方法在极短时间内将Ag或其合金热冲击成以球形或亚球形的形式存在的纳米颗粒，并且以低成本、良好稳定性和较大比表面积的碳材料作为载体，能够大大提升材料的比表面积，利于材料活性位点的暴露，具有高催化活性。技术研发人员：刘芳洋,吴陈龙,刘丝靓,李畅,卢洋,张宗良,蒋良兴,贾明受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16