一种片状铋基金属电催化剂的制备方法和应用

本发明涉及一种片状铋基金属电催化剂的制备方法和应用，其属于纳米材料制备领域和电化学领域。

背景技术：

1、自工业革命以来，人类通过过度消费化石燃料(煤炭、天然气和石油产品)建立了丰富的物质文明，同时也带来了严重的能源短缺问题。同时过量的co2排放还会导致极端天气和土地荒漠化，为了应对co2过度排放带来的负面影响，联合国签署了巴黎协议，到2100年保持全球平均气温上升低于2℃，并努力将其限制在1.5℃以内。中国作为世界文明古国，坚持在多边框架下开展气候变化国际合作，积极推动《巴黎协定》全面有效落实。

2、电化学还原二氧化碳(co2rr)由于其反应条件温和、绿色环保等优点近年来迅速引起人们的关注。co2rr是指利用电能作为驱动力，在适当的催化剂作用下，将co2分子转化为有用的碳化合物的过程。co2rr技术作为碳循环的核心技术，其优势在于能够在常温常压条件下运行，并通过控制输入电压来控制反应产物。值得注意的是，利用风能、水能、核能和太阳能等可再生能源作为电能来源将更进一步助力碳循环。以下是电催化二氧化碳还原被认为是最理想的co2转化方法的原因：

3、(1)在常温常压下就能进行，反应条件温和，且具有良好的原子经济性。

4、(2)通过调节催化剂的类型、反应条件等因素，可以实现对co2的多样性转化，例如制备甲烷、甲酸、甲醇、乙醇、乙烯等不同的还原产物。

5、(3)电催化二氧化碳还原反应所需的电能可由太阳能和风能等可再生能源提供。

6、铋基金属作为co2rr电催化剂具有储量丰富、价格低廉和低毒性等优点。除此之外，铋基催化剂对于co2rr的副反应her有着很好的抑制作用，因而具有不错的催化选择性。但是铋基催化剂的催化活性普遍不高，导致其很难实现工业化应用。因此，开发新型的铋基金属催化剂，并将其应用于高效稳定的电催化体系中是研究co2rr的重中之重。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种片状铋基金属电催化剂的制备方法。本发明提供的制备方法简单高效，工业上易放大。制得的催化剂活性位点丰富，能够显著提高催化剂电催化还原co2为甲酸的选择性和反应活性。

2、本发明采用的技术方案为：一种片状铋基金属电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)向去离子水中加入表面活性剂、铋盐，使用磁子搅拌器将其搅拌均匀，先后加入硫源和氢氧化钾，超声使其分散均匀，得到反应液；

4、所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂在反应液中的浓度为5-15g/l；所述铋盐为五水合硝酸铋或氯化铋中的一种，铋盐在反应液中的浓度为0.01-0.02mol/l；所述硫源为硫脲，硫脲在反应液中浓度为5-10mmol/l；氢氧化钾在反应液中浓度为0.2-0.4mol/l；

5、(2)将上述反应液转移到反应釜中，在温度为100-140℃下反应时间为2-4h；

6、(3)待反应完成后，使用去离子水和无水乙醇洗涤、干燥、研磨，制得片状铋基金属电催化剂。

7、一种电极，该电极包含了上述制备方法制得的片状铋基金属电催化剂。

8、将所述片状铋基金属电催化剂加入去离子水和无水乙醇的混合溶液中，超声使其分散均匀，将混合溶液均匀滴加于碳纸上，烘干得到电极。

9、一种电极的应用，所述电极应用于电催化还原co2制甲酸中。

10、所述电极用作阴极，使用铂网作为对电极，ag/agcl电极作为参比电极，在h型电解池中进行电催化还原co2制甲酸。

11、优选的，步骤(1)中的去离子水体积为30-50ml。

12、优选的，步骤(1)中铋盐为五水合硝酸铋。

13、优选的，步骤(1)中的磁子搅拌器搅拌速度为500-1000rpm。

14、优选的，步骤(1)中的超声时间为10-20min。

15、优选的，步骤(2)中的反应温度为100-140℃，反应时间为3h。

16、优选的，步骤(3)中洗涤时使用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，离心转速为8000-10000rpm，时间为5-10min。

17、优选的，步骤(3)中干燥时设置真空干燥箱温度为50-70℃，干燥时间为6-12h。

18、作为本发明的一种优选技术方案，所述具备的优点包括：

19、(1)本发明提供的制备方法制备的电催化剂表面形貌可控，生产方式可重复性高，反应原料价格低廉。

20、(2)利用本发明提供的制备方法制备的电催化剂具有丰富的氧空位，它优化了金属电子结构，提高了催化位点的本征活性；调节了对co2·-中间体的结合能。

21、(3)利用本发明提供的制备方法制备的电催化剂电催化还原co2制甲酸性能优异，反应选择性高(法拉第效率大于90％)，反应活性优异。

技术特征：

1.一种片状铋基金属电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种电极，其特征在于：该电极包含了权利要求1所述制备方法制得的片状铋基金属电催化剂。

3.根据权利要求2所述的一种电极，其特征在于，所述电极的制备方法为：将所述片状铋基金属电催化剂加入去离子水和无水乙醇的混合溶液中，超声使其分散均匀，将混合溶液均匀滴加于碳纸上，烘干得到电极。

4.根据权利要求2所述的一种电极的应用，其特征在于：所述电极应用于电催化还原co2制甲酸中。

5.根据权利要求4所述的一种电极的应用，其特征在于：所述电极用作阴极，使用铂网作为对电极，ag/agcl电极作为参比电极，在h型电解池中进行电催化还原co2制甲酸。

技术总结一种片状铋基金属电催化剂的制备方法和应用，其属于纳米材料制备领域和电化学领域。该方法为向含表面活性剂的水溶液中加入铋源、硫源和氢氧化钾，通过反应釜反应。反应完成后，收集反应液离心洗涤，真空干燥得到片状铋基金属电催化剂。该电催化剂表面形貌可控，生产方式可重复性高，反应原料价格低廉；电催化剂具有丰富的氧空位，它优化了金属电子结构，提高了催化位点的本征活性；调节了对CO<subgt;2</subgt;<supgt;•−</supgt;中间体的结合能。该电催化剂电催化还原CO<subgt;2</subgt;制甲酸性能优异，反应选择性高（法拉第效率大于90%），反应活性优异。该制备方法简便易行、有利于大规模生产。技术研发人员：高岩,李佳洛受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18