[發明專利]金屬摻雜鉍層狀氧化物的制備方法及其在電催化還原CO2

有效

• 申請號: 202010511805.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN113828300B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 段昊泓;栗振華;周華;郭新月;孔祥貴
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京化工大學
• 主分類號: B01J23/18
• 分類號: B01J23/18;B01J23/68;B01J23/843;B01J35/10;B01J37/02;B01J37/10;B01J32/00;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B3/07;C25B3/26;C25B11/091
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 曹素云;董永輝

本發明公開了一種金屬摻雜鉍層狀氧化物的制備方法。該方法包括：將導電基底在鉍前驅體溶液中浸泡并干燥，得到修飾有氧化鉍種子層的導電基底；將修飾有氧化鉍種子層的導電基底浸泡在含雜原子的鉍前驅體溶液中，通過水熱法在導電基底上合成具有納米片陣列結構的金屬摻雜鉍層狀氧化物。本發明還公開了該金屬摻雜鉍層狀氧化物在電催化還原COsubgt;2/subgt;中的應用。本發明制備的金屬摻雜鉍層狀氧化物結構和性能更加穩定，具有蜂窩狀納米片陣列結構，能夠提供大的電化學活性面積，作為陰極催化劑用于電催化還原COsubgt;2/subgt;的反應中，可促進COsubgt;2/subgt;在電極表面的富集還原，提高電流密度。

技術領域

本發明涉及納米材料合成及應用技術領域，特別是涉及一種金屬摻雜鉍層狀氧化物的制備方法及其在電催化還原CO₂中的應用。

背景技術

以化石燃料為主要能源的現在工業的高速發展，使溫室氣體CO₂在短時間內大量排放到大氣中，給地球的生態環境造成了嚴重破壞。有效地將CO₂轉化為有附加值的化學品是解決二氧化碳排放的重要途徑之一，同時也可以緩解不可再生化石燃料日益短缺的問題。利用電化學方法實現CO₂的轉化被公認為最溫和高效和綠色環保的方法。在CO₂電催化領域，甲酸鹽(或甲酸)是最常見的液體產品之一，他不僅在許多工業過程中起著重要的化學中間體的作用，而且在直接甲酸燃料電池中用作化學染料。高性能電催化劑是實現CO₂高效轉化制備甲酸鹽的關鍵。

在諸多CO₂電催化制備甲酸鹽中，鉍基催化劑因其催化活性高、成本低而倍受關注。根據目前研究，層狀鉍氧化物對于電催化CO₂加氫生成甲酸鹽具有較為優異的性能，然而層狀鉍氧化物結構不穩定，在反應過程中容易被還原為金屬鉍Bi，使性能降低，如何實現層狀鉍氧化合物的穩定是該領域一個難題。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的在于提供一種金屬摻雜鉍層狀氧化物的制備方法，以解決現有技術中層狀鉍氧化物結構和性能不穩定的問題。

本發明的另一目的在于提供一種金屬摻雜鉍層狀氧化物在電催化還原CO₂反應中的應用，以提高電催化還原CO₂的高效性。

上述目的是通過以下技術方案實現的：

根據本發明的一個方面，本發明提供的一種金屬摻雜鉍層狀氧化物的制備方法，包括：

采用鉍鹽制備鉍前驅體溶液，將導電基底在所述鉍前驅體溶液中浸泡并干燥，得到修飾有氧化鉍種子層的導電基底；

采用鉍鹽和含有雜原子的化合物制備含雜原子的鉍前驅體溶液，將所述修飾有氧化鉍種子層的導電基底浸泡在所述含雜原子的鉍前驅體溶液中，通過水熱法，在導電基底上合成具有納米片陣列結構的金屬摻雜鉍層狀氧化物，其中，所述雜原子包括銀、金、銅、鉑、鈀、銠、錫、銥、釕、鈷、鎳、銅、錳和鐵中的一種或多種。

優選地，所述鉍鹽包括硝酸鉍、氯化鉍和硫酸鉍中的一種或多種。

優選地，所述含有雜原子的化合物為含有雜原子的硝酸鹽、硫酸鹽和氯化鹽中的一種或多種

優選地，所述導電基底包括碳布、碳紙、泡沫鎳、鎳片、銅網、銅片、泡沫銅、鈦網、不銹鋼、鐵片和FTO導電玻璃中的一種或多種。

優選地，所述制備鉍前驅體溶液，包括：將0.01～0.05mg/mL鉍鹽溶于1～10mL乙二醇和/或1～10mL的乙醇中，攪拌至透明得到所述鉍前驅體溶液。

優選地，所述導電基底在所述鉍前驅體溶液中浸泡1～5h后干燥5～10min，重復浸泡并干燥過程3～6次。