[發明專利]一種富氧空位的氧化鋅納米片、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810213121.2
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108543530B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 孔祥棟;劉彥;耿志剛;劉仲禹;曾杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學先進技術研究院
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J35/02;B01J37/34;C25B1/23;C25B11/077
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發明公開了一種富氧空位的氧化鋅納米片，其平均尺寸為800納米?1微米；本發明還公開了所述富氧空位的氧化鋅納米片的制備方法，包括：將氧化鋅納米片置于氫氣等離子體氛圍中進行刻蝕。本發明還提出的一種所述富氧空位的氧化鋅納米片在二氧化碳電還原反應制備一氧化碳中的應用。本發明提出的富氧空位的氧化鋅納米片的制備方法成本低廉，易于大量合成，通過引入氧空位改善了氧化鋅納米片的表面電子態，將得到的富氧空位的氧化鋅納米片用于二氧化碳電還原反應中，催化活性及其選擇性高，穩定性好。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及一種富氧空位的氧化鋅納米片、制備方法及其應用。

背景技術

在化學工業中，二氧化碳是一種豐富而廉價的碳資源，通過電化學過程將二氧化碳轉化為燃料和高附加值的化學物質，對于緩解能源危機具有非常重要的意義。由于二氧化碳非常穩定，因此對二氧化碳的有效活化在其電化學還原過程中起著關鍵的作用。近幾年來，在金屬氧化物催化劑中引入氧空位是一種能夠促進二氧化碳活化的有效方法。例如，在二氧化鈦表面引入氧空位后更易活化C＝O鍵，使得二氧化碳的解離能壘降低至22.2千卡/摩爾(J.Phys.Chem.C2016,120,21659-21669)。氯氧鉍納米片引入氧空位后呈現表面富電子態，成為二氧化碳轉化的電子捕獲中心(Nano Res.2015,8,821-831)。此外，理論計算表明，β-氧化鎵(100)表面引入氧空位后，被吸附的二氧化碳中一個氧原子很容易占據氧空位位點，因此能夠促進二氧化碳的吸附與活化(Langmuir 2010,26,5551-5558)。諸如此類工作大都基于光能或熱能驅動二氧化碳轉化，然而目前，將氧空位引入到金屬氧化物的方法在二氧化碳的電化學還原過程中還未實現。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種富氧空位的氧化鋅納米片、制備方法及其應用，所述制備方法成本低廉，易于大量合成，通過引入氧空位改善了氧化鋅納米片的表面電子態，將得到的富氧空位的氧化鋅納米片用于二氧化碳電還原反應中，催化活性及其選擇性高，穩定性好。

本發明提出的一種富氧空位的氧化鋅納米片，其平均尺寸為800納米-1微米。

優選地，其平均厚度為10-15納米。

本發明還提出的一種所述富氧空位的氧化鋅納米片的制備方法，包括以下步驟：將氧化鋅納米片置于氫氣等離子體氛圍中進行刻蝕，得到所述富氧空位的氧化鋅納米片。

優選地，所述氧化鋅納米片按照以下工藝進行制備：將六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺溶解于水中得到混合液，向混合液中加入表面活性劑的有機溶液，攪拌后在55-65℃下反應80-100分鐘，反應結束后冷卻，離心，洗滌，干燥，然后在空氣中進行煅燒得到所述氧化鋅納米片。

優選地，混合液中，六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺的濃度均為20-30mmol/L；所述表面活性劑的有機溶液為十二烷基磺酸鈉的氯仿溶液；煅燒的溫度為180-220℃，煅燒的時間為50-70秒。

優選地，所述氧化鋅納米片按照以下工藝進行制備：將六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺溶解于17mL水中得到混合液，其中，混合液中，六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺的濃度均為25mmol/L，向混合液中加入10μL含有1μg十二烷基磺酸鈉的氯仿溶液，攪拌均勻后置于60℃的烘箱中反應90分鐘，反應結束后冷卻，離心，洗滌，干燥，然后在空氣中進行煅燒得到所述氧化鋅納米片，其中，煅燒的溫度為200℃，煅燒的時間為60秒。

優選地，氫氣等離子體的電源功率為150-250瓦。

優選地，氫氣等離子體的電源功率為200瓦。

優選地，在進行刻蝕的過程中，氫氣壓力保持為5-15托，刻蝕時間為100-150秒。

優選地，在進行刻蝕的過程中，氫氣壓力保持為10托，刻蝕時間為120秒。