[發(fā)明專利]一種鉍基納米材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010549277.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN111604046B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宇航;李春忠;王雅婷;程玲;劉錦澤;肖楚倩;陳容振
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/04
• 分類號(hào): C25B11/04;C25B3/07;C25B3/26;B01J27/04;B82Y40/00;B01J23/18;B82Y30/00;B01J37/10;C25B1/01;C25C1/22;B01J37/34
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 王衛(wèi)彬;鄒玲

本發(fā)明公開了一種鉍基納米材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法包括如下步驟：將納米棒狀硫化鉍經(jīng)電化學(xué)還原法制備得到納米片狀鉍基材料即可；所述的納米棒狀硫化鉍為Bi(Ssubgt;2/subgt;CNEtsubgt;2/subgt;)subgt;3/subgt;經(jīng)水熱法制得。本發(fā)明的鉍基納米材料解決了亞表面溶劑氧活性成分濃度不高的問題，實(shí)現(xiàn)了良好的COsubgt;2/subgt;電催化還原效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉍基納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著時(shí)代進(jìn)步與科技發(fā)展，能源已經(jīng)成為影響人類社會(huì)的一個(gè)重要因素。目前，煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源在世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中依然占有舉足輕重的作用，但是這些資源在地球上的儲(chǔ)量卻很有限，能源危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前人類亟待解決的問題。大氣中的CO₂是引起全球變暖的主要溫室氣體，人們?nèi)找骊P(guān)注現(xiàn)代工業(yè)化對(duì)人類社會(huì)的不利影響，不斷上升的CO₂排放量對(duì)全球的生態(tài)環(huán)境造成了很大的威脅。電化學(xué)催化還原是回收CO₂的非常有前景的途徑，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。然而，由于不可避免的析氫反應(yīng)與水溶液中的CO₂還原反應(yīng)的競爭，動(dòng)力學(xué)過程緩慢，較高的過電勢，該方法的實(shí)際應(yīng)用仍面臨許多挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)高選擇性的電催化劑成了該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。

在CO₂電催化還原反應(yīng)的產(chǎn)物中，甲酸鹽是重要的無毒產(chǎn)物，具有易于收集和高儲(chǔ)氫量的優(yōu)點(diǎn)。鉍、錫和銦等金屬已被證明是在水性電解質(zhì)中將CO₂還原成甲酸鹽的有效催化劑。它們對(duì)析氫反應(yīng)具有較高的過電勢，并且對(duì)CO₂^·-中間體的親和力較弱，傾向于在碳原子上質(zhì)子化并最終轉(zhuǎn)化為甲酸。鉍具有無毒且對(duì)環(huán)境無害的特性，然而，由于鉍的低熔點(diǎn)和暴露于空氣中的易氧化性，直接調(diào)控鉍的局部配位結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)上具有挑戰(zhàn)性。Koh等人提出了一種分層Bi樹枝狀催化劑的合理設(shè)計(jì)方法用于CO₂的電催化還原(ACS?Catal.，2017，7，第5071-5077頁)。此外，一系列由鉍基復(fù)合材料衍生的鉍基材料(如Bi₂O₂CO₃，Bi₂O₃，BiOI)已成功應(yīng)用于CO₂的電催化還原。這些材料可以全部或部分原位轉(zhuǎn)化為金屬鉍，材料的亞表面會(huì)嵌入溶劑氧以形成鉍-氧成鍵結(jié)構(gòu)。鉍-氧成鍵結(jié)構(gòu)是CO₂電催化還原的主要活性成分，但鉍基材料的亞表面溶劑氧的濃度較低，限制了鉍基材料在CO₂的電催化還原效率的進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的鉍基材料存在亞表面溶劑氧的濃度較低，限制了鉍基材料在CO₂的電催化還原效率提升的問題，提供一種具有高濃度亞表面溶劑氧的鉍基納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的鉍基納米材料的制備方法包括如下步驟：將納米棒狀硫化鉍經(jīng)電化學(xué)還原法制備得到納米片狀鉍基材料即可；所述的納米棒狀硫化鉍為Bi(S₂CNEt₂)₃經(jīng)水熱法制得。

本發(fā)明中，一般來說，所述的納米棒狀硫化鉍的長度范圍可為1μm-7μm，寬度范圍可為50nm-400nm。

本發(fā)明中，所述的水熱法的條件為本領(lǐng)域常規(guī)制備硫化鉍納米棒的條件。優(yōu)選地，所述水熱法的溫度范圍為120至160℃，時(shí)間范圍為6至24小時(shí)；更優(yōu)選地，所述水熱法的溫度為140℃，時(shí)間為10小時(shí)。

其中，所述Bi(S₂CNEt₂)₃與所述水熱法中的去離子水的用量為本領(lǐng)域常規(guī)用量，可以為4至10g/100mL；優(yōu)選為6.5g/100mL。