[發明專利]一種異質結納米材料電催化劑及其CO2

有效

• 申請號: 201910001659.1
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109706475B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 方萍萍;黃家俊;劉曉慶;童葉翔
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C25B3/04
• 分類號: C25B3/04;C25B11/06
• 代理公司: 廣東品安律師事務所 44420
• 代理人: 劉井

本發明屬于CO₂還原與固定技術領域，公開了以一種異質結納米材料Au?Ag/Ag₂S作為催化劑，通過施加電壓在反應基質液中將CO₂還原為含碳化合物的方法。本發明有效地抑制了析氫反應，提高了CO₂向醇類產物定向轉化的效率，乙醇的法拉第效率可達到70％，在CO₂綠色轉化領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于CO₂還原領域，具體涉及以一種異質結納米材料Au-Ag/Ag₂S催化 CO₂還原為含碳化合物的新方法。

背景技術

自工業革命以來，化石燃料大量燃燒引起的大氣中溫室氣體CO₂濃度持續升高是21世紀人類急需解決的環境問題。而利用電催化技術將CO₂還原成具有高附加值的有機液體能源(如HCOOH,CH₃OH和C₂H₅OH等)，一方面解決了碳源流失的問題，另一方面緩解了溫室效應引起的氣候變化，是實現CO₂綠色轉化的理想途徑之一。

電催化還原CO₂的氣態和液態產物類型眾多(如CO、CH₄、HCOOH、CH₃OH、C₂H₅OH 和CH₃COOH等)，而如何提高催化劑活性和選擇性將CO₂高效地轉化成可以方便儲存和利用的液體能源是目前該領域亟待解決的關鍵問題。金屬/半導體納米異質結通過金屬與半導體兩種不同性質的材料由異質結連接而成，其特殊的異質結結構賦予了這種材料獨特的歐姆接觸特性和/或高的肖特基(Schottky)接觸勢壘，能有效地加快電子、空穴和各種激子的傳輸，表現出較其本體金屬或半導體更優的催化性能，在CO₂綠色轉化領域具有廣闊的應用前景。因此，開發一種具有金屬/半導體納米異質結結構電催化劑用于CO₂還原具有重要的意義。

目前，Au、Ag等單金屬材料或Ag₂S納米催化劑表面電還原CO₂的主要產物為CO氣體，液態產物的報道還十分稀少。因此，制備和篩選高選擇性的Au/Ag 基金屬/半導體納米異質結電催化劑，將CO₂高效地轉化成可以方便儲存和利用的醇類產物具有重要的現實意義。

發明內容

我們驚奇地發現，CO₂在異質結納米材料Au-Ag/Ag₂S這一金屬/半導體界面的電催化還原產物主要為甲醇和乙醇，而且，通過合理的電壓調控，乙醇的法拉第效率可以達到70％。本發明可有效地解決現階段CO₂還原電催化劑普遍活性不佳及向醇類定向轉化率低等問題，在高選擇性的CO₂綠色轉化中具有巨大潛力和廣闊前景。

本發明的技術方案如下：

一種Au-Ag/Ag₂S異質結納米電催化劑，以Au納米粒子為核，在其表面延展生長Ag納米殼層，以Au-Ag納米材料為骨架，負載Ag₂S納米結構，所述Au-Ag/Ag₂S異質結納米電催化劑至少某一個維度在0.1～999.9nm范圍內。

在一個實施例中，所述Au-Ag/Ag₂S異質結納米電催化劑納米棒長度為 90-110nm。

在一個實施例中，所述Au-Ag/Ag₂S異質結納米電催化劑其透射電鏡圖如附圖1所示。

在一個實施例中，所述Au-Ag/Ag₂S異質結納米電催化劑其高分辨圖如附圖2所示。