一种In/Zn双金属纳米复合材料及其应用

本发明涉及电催化领域，具体涉及一种in/zn双金属纳米复合材料及其应用。

背景技术：

1、在过去的几十年里，co2的过量排放加快了全球变暖的速度，严重影响了全球生态和经济的稳定发展，为了保护全球生态系统，人们重点关注关于碳循环的研究与发展。电催化co2还原反应(co2 reduction reaction,co2rr)是可再生电力驱动实现“碳中和”的可行技术。co2经电解可以得到高附加值的化学品，包括c1产物(甲酸盐、co和ch4)和c2+产物(乙酸盐、c2h4、c2h5oh和c3h7oh)。其中，电催化co2制甲酸盐具有生产成本低和易存储的优势，并且甲酸在化学合成、燃料电池、和储氢载体等方面具有很大的市场应用前景，引起了科学界的广泛关注。

2、开发新型高效的电催化剂以提高co2rr对甲酸盐的活性和选择性是当下研究的热点。zn基材料成本较低，且资源丰富，有利于降低电催化过程的整体成本，但是zn基催化剂通常会发生her副反应，过渡金属中，in基材料体现出良好的甲酸盐选择性，已有多种催化剂设计策略，包括形貌控制、晶面调控、缺陷工程、载体效应等被用于提高in基材料的电催化性能。但调节两种中间体(-cooh和-hcoo)的竞争吸附对于提高该材料在低电位下的对甲酸的活性和选择性仍是挑战，并且in比zn更加昂贵，因此目前仍难以实现廉价催化剂、高分电流密度和长时间稳定性等工业应用的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，本发明的催化材料制备方法较为简单，构建出具有大量in-zn界面位点的催化剂，增强了co2在催化剂表面的吸附，同时降低co2还原反应的过电位，调节了-ocho中间体的吸附模式，从而提高co2还原成甲酸的活性和选择性，极大地提高电催化还原co2的转化效率。

2、为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种in/zn双金属纳米复合材料，所述制备方法包括以下步骤；

4、s1：将锌盐、铵盐在缓冲剂的作用下，在水溶液中反应得到氧化锌镀液；

5、s2:将所述氧化锌镀液通过放置在包含导电基底的电解槽中，加热电镀，并将导电基底取出冲洗干燥，得到zno；

6、s3：将所述zno在in(no3)3水溶液中进行浸润，煅烧得到in2o3/zno纳米片材料；

7、s4：将所述in2o3/zno纳米片材料在0.05-0.15mol/l khco3溶液中进行原位电化学还原得到in/zn双金属纳米复合材料。

8、所述in/zn双金属纳米复合材料通过电沉积-原位重构即可得到自支撑电催化剂，无需使用粘接剂，构建的in-zn双金属电催化剂具有大量界面位点，具有优异的co2还原催化性能，增强了co2在催化剂表面的吸附，同时降低co2还原反应的过电位，调节了-ocho中间体的吸附模式，从而提高co2还原成甲酸的活性和选择性。

9、优选的，所述in/zn双金属纳米复合材料中zn和in的摩尔范围比为zn：in＝(4-1)：1。

10、优选的，步骤s1中，所述锌盐包括硝酸锌，所述铵盐包括乙酸铵，所述缓冲剂包括六次甲基四胺。

11、优选的，步骤s1中，所述氧化锌镀液中，乙酸铵、硝酸锌和六次甲基四胺的浓度分别为0.76g/l、5.96g/l、1.4g/l。

12、优选的，步骤s2中，所述加热电镀的温度为80-100℃，时间为40-60min，恒电流值为-(1-2)ma，所述导电基底包括碳布。

13、优选的，步骤s3中，所述in(no3)3水溶液的体积为30-100ml，浓度为5-20mmol/l，所述浸润时间为10-30s。

14、优选的，步骤s3中，所述煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为90-120min。

15、优选的，步骤s4中，所述原位电化学还原中的电解质为0.05-0.15mol/l khco3；电还原的对电极包括pt，参比电极包括ag/agcl。

16、优选的，步骤s4中，所述原位电化学还原中还原电位为-(1.2-1.5)v，还原时间为20-60min。

17、一种in/zn双金属纳米复合材料在电催化co2还原中的应用

18、有益效果

19、与现有技术相比，所述催化材料的制备方法简单，原料来源丰富，合成过程可控、环保；本发明提供了一种电催化co2高效还原成甲酸的催化材料，本发明方法操作简便，易于实现产业化生产。

技术特征：

1.一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，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所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述in/zn双金属纳米复合材料中zn和in的摩尔范围比为zn：in＝(4-1)：1。

3.根据权利要求1所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锌盐包括硝酸锌，所述铵盐包括乙酸铵，所述缓冲剂包括六次甲基四胺。

4.根据权利要求3所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧化锌镀液中，乙酸铵、硝酸锌和六次甲基四胺的浓度分别为0.76g/l、5.96g/l、1.4g/l。

5.根据权利要求1所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述加热电镀的温度为80-100℃，时间为40-60min，恒电流值为-(1-2)ma，所述导电基底包括碳布。

6.根据权利要求1所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述in(no3)3水溶液的体积为30-100ml，浓度为5-20mmol/l，所述浸润时间为10-30s。

7.根据权利要求1所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述煅烧温度为500-700℃，煅烧时间为90-120min。

8.根据权利要求1所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述原位电化学还原中的电解质为0.05-0.15mol/l khco3；电还原的对电极包括pt，参比电极包括ag/agcl。

9.根据权利要求8所述的一种in/zn双金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述原位电化学还原中还原电位为-(1.2-1.5)v，还原时间为20-60min。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种in/zn双金属纳米复合材料在电催化co2还原中的应用。

技术总结本发明公开一种In/Zn双金属纳米复合材料及其应用，所述In/Zn双金属纳米复合材料，制备方法包括以下步骤：制备ZnO纳米阵列、制备In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/ZnO纳米复合材料、原位电化学还原构建In‑Zn双金属界面。本发明的催化材料制备方法较为简单，构建出具有大量In‑Zn界面位点的催化剂，增强了CO<subgt;2</subgt;在催化剂表面的吸附，同时降低CO<subgt;2</subgt;还原反应的过电位，调节了*OCHO中间体的吸附模式，从而提高CO<subgt;2</subgt;还原成甲酸的活性和选择性，极大地提高电催化还原CO<subgt;2</subgt;的转化效率。技术研发人员：欧阳婷,赵瑞,罗慧华,谢和桢受保护的技术使用者：广州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26