[發明專利]一種用于CO2

有效

• 申請號: 202011146135.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN113308702B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 熊賢強;張曉;陳嘯;武承林;薛紅川;范利亞;張川群;韓得滿
• 申請（專利權）人: 臺州學院;臺州市生物醫化產業研究院有限公司
• 主分類號: C25B3/07
• 分類號: C25B3/07;C25B11/091;B01J27/043;B01J35/06;B01J37/34;B01J37/10;D01F9/08;D06M11/52;D06M11/83
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種用于CO₂還原制甲酸的光陰極材料及其制備方法，屬于光電極材料技術領域。本發明通過“鐵電極化”和“界面水活化”雙重改性策略構建BiFeO₃/ZnTe/Bi?S復合光陰極，通過BiFeO₃極化電場的電荷驅動力，Bi?S界面的H₂O、CO₂吸附活化能力以及光電協同作用，實現ZnTe載流子分離和界面反應效率的最大化，從而有效降低ZnTe反應過電勢，提高CO₂定向轉化為甲酸的選擇性。

技術領域

本發明涉及光電極材料技術領域，尤其涉及一種用于CO₂還原制甲酸的光陰極材料及其制備方法。

背景技術

化石能源的大量使用造成CO₂溫室氣體的大量排放和積累，將CO₂還原為碳基燃料或化工原料，有助于實現人類的可持續發展。目前，人工CO₂轉化的方法主要有高溫催化加氫法、電催化還原法、光催化和光電催化轉化法等，其中光催化載流子分離效率較低，電催化過電位較高，而光電催化集合光催化的低能耗與電催化的高能效等優勢，有利于降低反應的過電勢，避免犧牲劑的使用，是一種有效的CO₂轉化方法。因此，設計和開發新型光電極體系，實現CO₂分子的高活性、高選擇性轉化，對CO₂的資源化利用具有重要的科學意義。

在眾多p型半導體中，ZnTe的導帶電位極負(-1.63V vs.NHE)，遠小于大多數CO₂還原反應的熱力學電勢，且ZnTe帶隙窄(2.26eV)、載流子遷移率高，被認為是一種理想的光陰極材料。然而，ZnTe光電極體相內存在大量捕獲態，誘導ZnTe光生載流子發生自陷效應，導致電子空穴對快速復合，從而限制了ZnTe光電催化還原CO₂的活性。此外，由于質子還原在動力學上反應更快，導致ZnTe表面H₂產物的選擇性明顯高于碳基產物。為了提高ZnTe 光電催化CO₂還原的活性和選擇性，人們發展了多種改性手段，包括形貌調控、摻雜、異質結構建、助催化劑負載等，其中II型異質結研究最多。然而，此類改性的缺陷在于：II型異質結內建電場的作用范圍較窄，對光生電荷的分離效率有限，且分離后的電子還原能力下降，不利于降低反應的過電位；此外，由于缺少還原CO₂的催化位點，單一的II型異質結難以有效活化CO₂分子，對界面上多種反應路徑無選擇性。因此，如何進一步促進ZnTe光生電荷的分離，同時提高CO₂還原為特定產物的選擇性，是當前亟待解決的關鍵難題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于CO₂還原制甲酸的光陰極材料及其制備方法。本發明制得的光陰極材料能夠有效捕獲可見光，且能促進 ZnTe光生電荷的有效分離和產物的選擇性轉化，具有極強的應用價值。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種用于CO₂還原制甲酸的光陰極材料的制備方法，包括以下步驟；

將硝酸鉍、硝酸鐵、檸檬酸、水和聚乙烯吡絡烷酮混合，得到紡絲液；

將聚乙烯醇水溶液旋涂至FTO表面，得到紡絲基底；

利用所述紡絲液在所述紡絲基底表面進行靜電紡絲，得到三維納米纖維；

將所述三維納米纖維煅燒，得到BiFeO₃納米纖維光電極；

以所述BiFeO₃納米纖維光電極為基片，以ZnTe為蒸發源，進行蒸發鍍膜，得到ZnTe負載的BiFeO₃電極；