[發明專利]一種基于基底的金納米線及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011393679.7
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112501651B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳虹宇;王亞雯;王偉玉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C25B11/081
• 分類號: C25B11/081;C25B11/054;C25B1/23;B82Y40/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;邵林

本發明公開一種基于基底的金納米線及其制備方法和應用，制備包括：將基底置于3?氨丙基三乙氧基硅烷溶液中活化后置于配體、氯金酸和還原劑的混合溶液中反應即得。本發明所得到的金納米線分布均勻，可重復性高，長度，粗細，疏密度均可控，采用導電材料的基底生長金納米線后可直接作為工作電極用于CO₂還原，對于CO有較高的選擇性及穩定性。本發明所需原料簡單易得，操作過程簡便、安全，成本低，催化活性較高，穩定性較好，可以適于工業規模化生產，具有較強的實用性。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及一種直接在基底上生長的金納米線及其制備方法和應用。

背景技術

近年來大氣中的CO₂濃度的快速增加，導致全球溫室效應加劇、海平面上升和氣候異常等災害的發生。要扭轉這種影響，不僅需要抑制對化石燃料的依賴，還需要開發有效的策略來捕獲和利用大氣中的CO₂。由于二氧化碳的熱力學穩定性，驅動電化學的CO₂還原反應(CO₂RR)必須克服較大的活化能勢壘(即超電勢)。在幾種可用的策略中，利用可再生能源直接將CO₂轉化為增值燃料和化學原料的技術備受關注。據報道，每年經由水、風和光產生的電能棄用量幾乎達到了三峽電站的全年發電量。因此，通過電化學的方法轉化CO₂有著潛在的應用價值。自Hori等人的開創性工作以來，Au作為用于在水溶液中生產CO的選擇性CO₂RR電催化劑受到了廣泛關注。然而，在典型的Au電極上，仍然需要相對較大的超電勢來驅動CO₂RR。

大量研究發現，金納米結構對CO₂RR表現出優異的催化活性。Au納米結構增強的催化活性主要歸因于配位不足的高電化學活性的位點，這些位點涉及晶界和高折射率小平面或電解質環境的局部變化或納米結構附近的高局部電場。研究學者們對Au納米材料進行了大量的研究，已證明包括膠體合成和電沉積在內的各種制造技術可以形成Au納米結構，從而實現高效、選擇性的CO₂RR。其中一維的Au納米線結構具有良好的催化活性及穩定性，主要是一維材料具有以下優點：較高的長徑比；較多的邊界活性位點；良好的電子傳輸能力。但是該催化劑需要復雜的前處理后將其負載到導電電極(工作電極)上才能進行CO₂RR。其中有機物的添加會掩蓋催化劑的活性位點，催化過程中由于氣泡產生的壓力導致催化劑脫落，這些問題都會使其催化活性降低或者消失。并且一次催化只能使用少部分的催化劑，這就大大限制了工業化的應用。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種基于基底的金納米線及其制備方法和應用。本發明直接通過APTES硅烷偶聯劑在室溫條件下用濕化學的方法直接在基底上生長不同金納米線結構。這種技術摒棄了傳統的需要提供預先合成的Au種子作為沉積位點復雜的方法。該技術操作簡單，可快速批量合成，而且當基底為金屬材質時，這種直接生長在基底上的材料在進行電化學測試時無需進行制樣，可以直接做為工作電極使用。并且，由于其具有特殊的結構，在進行電化學測試時可以促進電子傳輸能力以及電解液的擴散能力，進而提高CO₂RR的活性和穩定性。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于基底的金納米線的制備方法，包括如下步驟：

(1)將基底置于3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶液中活化；

(2)將活化后的基底置于配體、氯金酸(HAuCl₄)和還原劑的混合溶液中反應，即得。

APTES容易發生水解生成相應的硅醇縮合物。通過調節APTES的濃度，溶劑配比，放置時間，酸堿環境可以實現對APTES的水解反應速率和縮合反應速率的調節，從而改變基底上Au的成核沉積位點，進而可以實現對納米線的密度、長短、粗細進行調節。

所述的還原劑為還原氯金酸速率較慢的還原劑，優選的還原劑為抗壞血酸(L-AA)。