[發(fā)明專利]團(tuán)簇狀硒化鉍及其制備方法與電催化還原二氧化碳的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010970670.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN112281183B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭峰;柴秋改;楊希賢;王紅娟;余皓;曹永海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B3/07
• 分類號(hào): C25B3/07;C25B3/26;C25B11/075;C01B19/04;B01J27/057;B01J37/10;B01J37/16;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明提供了一種團(tuán)簇狀硒化鉍及其制備方法與電催化還原二氧化碳的應(yīng)用，包括：將鉍鹽、二氧化硒與水混合，加入還原劑溶液，水合肼、硼氫化鈉作為還原劑，加熱至120～200℃進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到團(tuán)簇狀硒化鉍；所述鉍鹽與二氧化硒的摩爾比為1：(1～3)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)改變水熱條件和原料摩爾比實(shí)現(xiàn)團(tuán)簇狀硒化鉍制備的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)極好的二氧化碳電催化還原性能，具有較高的甲酸鹽法拉第效率和電流密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二氧化碳電還原技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種團(tuán)簇狀硒化鉍及其制備方法與電催化還原二氧化碳的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，化石燃料的大量消耗造成二氧化碳(CO₂)的過(guò)量排放，加速了全球氣候變暖，從而導(dǎo)致了海平面的上升和一系列極端天氣等全球環(huán)境問(wèn)題。因此，如何減少CO₂的排放，有效利用CO₂成為了近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。CO₂的減排和利用主要有三種方式：(1)捕獲與封存，將CO₂通過(guò)化學(xué)或物理吸附的方法捕獲后進(jìn)行地下封存；(2)化學(xué)轉(zhuǎn)化，包括催化加氫和重整等，即在催化劑的作用下，CO₂與其他化學(xué)原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合成有價(jià)值的化學(xué)品，如合成尿素、環(huán)碳酸酯等；(3)電化學(xué)還原、熱還原、光化學(xué)或生物還原等以及組合技術(shù)制備相應(yīng)的化學(xué)品。

在現(xiàn)有的CO₂轉(zhuǎn)化技術(shù)中，電化學(xué)CO₂還原技術(shù)因具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)易于控制和易于模塊化等優(yōu)點(diǎn)，是目前該領(lǐng)域研究的熱門技術(shù)。電化學(xué)還原CO₂技術(shù)是利用電能將CO₂還原為一些高附加值化學(xué)品(如一氧化碳，甲酸，乙醇，甲烷等)，實(shí)現(xiàn)CO₂資源化利用的一種技術(shù)。在眾多CO₂電還原產(chǎn)物中，甲酸具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是一種有前途的氫載體，且在農(nóng)業(yè)防腐、橡膠制造等方面都發(fā)揮者極大作用。因此通過(guò)電化學(xué)方式將CO₂轉(zhuǎn)化為甲酸成為一種新型的甲酸合成途徑。近年來(lái)電化學(xué)還原CO₂制備甲酸技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但總體性能仍然沒能達(dá)到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的要求，其主要制約因素之一是CO₂電還原制甲酸的催化劑。目前，CO₂電還原制甲酸的催化劑在催化活性、選擇性和穩(wěn)定性等方面還存在著較大的缺陷，為此需要在催化劑成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等方面做出新的努力以克服或改善這些缺陷。

鉍基催化劑作為一種相對(duì)較新的催化劑，其研究尚在探索之中。與其它非貴金屬一樣，鉍作為制備甲酸的電還原催化劑在成本和效率上具有優(yōu)勢(shì)。公開號(hào)為CN 108745340A的中國(guó)專利公開了一種碳負(fù)載鉍納米顆粒催化劑，甲酸的效率高達(dá)90％；Lee,C.W.等(ACSCatal.,2018,8(2),931–937)制備的碳負(fù)載的納米BiO_x催化劑用半電池測(cè)試甲酸效率高達(dá)93％。目前已有的鉍基催化劑主要局限在鉍單質(zhì)或鉍氧化物等，對(duì)于鉍基硒化物的研究還未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有CO₂電還原制甲酸工藝中存在的催化劑缺陷，拓展鉍基催化劑的開發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種團(tuán)簇狀硒化鉍的制備方法，并用于催化CO₂電還原制甲酸。

本發(fā)明的目的主要采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種團(tuán)簇狀硒化鉍的制備方法，包括：

將鉍鹽、二氧化硒與水混合，加入還原劑溶液，水合肼、硼氫化鈉中的一種作為還原劑，加熱至120～200℃進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到團(tuán)簇狀硒化鉍；所述鉍鹽與二氧化硒的摩爾比為1：(1～3)；所述反應(yīng)時(shí)間為16～28h。

優(yōu)選的，所述鉍鹽選自五水合硝酸鉍、氯化鉍、碳酸鉍中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述鉍鹽與水的摩爾體積比為1mmol：(10～100)mL。

優(yōu)選的，所述還原劑的濃度為0.5～1.5mol/L。