[發明專利]一種厚度可控的鉍納米片及其合金的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810204740.5
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108480656B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 徐維林;楊發;阮明波;張玉微;宋平
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 張偉

本發明涉及一種厚度可控的鉍納米片及其合金的制備方法和應用，解決現有金屬催化劑用于二氧化碳轉換為甲酸存在效率低，過電位高，析氫電位比較正，穩定性不好的技術問題。本發明首次通過在惰性氣體的保護下，以鉍的鹽類化合物為原料，以乙二醇乙醚為溶劑，采用NaBH₄或者LiBH₄等具有強還原性的溶液作為還原劑，通過水溶液還原的方法得到了厚度僅有0.7nm的單原子層厚度的鉍納米片；并且厚度可調。本發明制備的鉍納米片表現出了優異的CO₂催化還原性能，在過電位330mV情況下，催化CO₂生成甲酸的法拉第效率能達到98％，起始過電位低至80mV，穩定性長達75h，而且即使在300℃的溫度下處理4h，鉍納米片的厚度和催化性能幾乎沒有變化，近一步證實了其超高的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種納米材料的制備方法，具體涉及一種厚度可控的鉍納米片及其合金的制備方法和應用。

背景技術

自工業革命以來，人類對能源的需求和利用日益增加；與此同時，由大量燃燒化石燃料所引發的能源和環境問題已經越來越突出，大氣中CO₂濃度的累積不僅導致了溫室效應的發生，同時也是對資源的一種浪費。將排放到大氣中的CO₂吸收并轉化為可利用的能源物質，不僅能減少由人類活動排放到大氣中的CO₂的凈含量，也能一部分解決由于化石燃料耗盡而帶來的能源枯竭問題。電催化還原CO₂可以利用太陽能、風能等清潔的可再生能源提供電能，將CO₂轉化為CO、烷烴、甲酸、醇類等物質，將電能轉化到這些能量密度大的燃料中，是一種高效的儲存電能的方式。

就目前的情況而言，電催化還原二氧化碳還面臨著諸多問題，需要解決的主要有以下幾個方面：(1) CO₂還原反應往往需要在較高的過電位下發生，所需能量非常高，因此需要找到合適的催化劑降低反應的過電位；(2)由于CO₂還原反應產物較多，同時還伴有析氫副反應參與競爭，因此需要找到合適的材料和方法來提高反應的選擇性，促使CO₂更多的轉化為我們需要的產物；（3）在反應過程中催化劑很容易失活，因此催化劑的穩定性是制約其實際應用的一個關鍵因素。

在多數電化學還原CO₂的反應過程中，只需要轉移2e^-就可以生成CO和甲酸。CO具有有毒的物理性質，再加上其商業價值相對于甲酸比較小，因此研究者們更熱衷于甲酸的研究。甲酸可以在皮革鞣制加工中作為防腐劑和抗菌劑，也可以直接做成一種很有前途的甲酸燃料電池，這是一種很好的回收利用CO₂的方法。然而，目前所報道的金屬催化劑用于二氧化碳轉換為甲酸的效率仍然非常的低，需要的過電位非常高，析氫電位也比較正，穩定性不好。

發明內容

本發明要解決現有技術中的技術問題，提供一種厚度可控的鉍納米片及其合金的制備方法和應用。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種厚度可控的鉍納米片的制備方法，包括以下步驟：

以鉍的鹽類化合物為原料，以乙二醇乙醚為溶劑，通過水溶液還原的方法制得鉍納米片。

一種厚度可控的鉍納米片的制備方法的一種具體方案為：

將鉍的鹽類化合物加入到乙二醇乙醚中，超聲攪拌均勻直至溶液變成透明，之后在惰性氣體的保護下，于25-120 ℃攪拌反應30-60 min，冷卻至常溫后，在惰性氣體的氛圍中逐滴加入還原液，繼續攪拌反應15-30 min，反應結束后，超聲，用乙醇和水過濾、洗滌、收集，干燥，得到鉍納米片。