[發明專利]富含介孔的氧化鉍納米片及其在電催化二氧化碳還原和鋅-二氧化碳電池中的應用在審

申請號：	202211725077.6	申請日：	2022-12-30
公開（公告）號：	CN116040679A	公開（公告）日：	2023-05-02
發明（設計）人：	譚中豪;張建玲;楊懿森	申請（專利權）人：	中國科學院化學研究所
主分類號：	C01G29/00	分類號：	C01G29/00;B82Y40/00;C25B11/077;C25B3/26;C25B3/07
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摘要：
搜索關鍵詞：	富含氧化納米及其電催化二氧化碳還原電池中的應用
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【說明書】：

本發明公開了一種富含介孔的氧化鉍納米片及其在電催化二氧化碳還原和鋅?二氧化碳電池中的應用。所述富含介孔的Bi₂O₃納米片的制備方法包括如下步驟：S1、硝酸鉍和氨水在水或硝酸水溶液中進行紫外光照反應；S2、紫外光照反應的產物分散于苯酚溶液中繼續進行紫外光照即得。本發明提供的富含介孔的氧化鉍納米片能夠作為電催化劑用于在水中電催化還原CO₂制備甲酸(室溫和常壓下)；還能在溫和條件下用于Zn?CO₂電池電極，所組裝的電池具有較高的最大能量密度和穩定的充放電循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種富含介孔的氧化鉍納米片及其在電催化二氧化碳還原和鋅-二氧化碳電池中的應用，屬于化學技術領域。

背景技術

利用可再生電能將CO₂電還原為具有經濟價值的化工產品，是減少空氣中的CO₂濃度的一種有效途徑。電催化CO₂還原可以將CO₂還原為甲酸、一氧化碳、甲烷、甲醇等碳一產物和乙烯、乙醇、乙酸、丙醇等多碳產物。在眾多CO₂還原的產物中，甲酸由于其具有較高的每摩爾電子收益，以及較低的平衡電勢，是被視為最有望實現CO₂還原工業化的產物之一。除此之外，甲酸作為基礎的化工原料，在化工生產和燃料電池中有著較為廣泛的應用。到目前為止，各種金屬元素(In，Co，Pb，Cu，Bi，Sn)被廣泛被制成催化劑用于CO₂還原制備甲酸的研究。在這些元素中，Bi由于其在地殼中儲量豐富、無毒無害，價格相對低廉等優點，得到了科學家們的青睞。目前，大部分的電催化CO₂還原實驗都是在強堿性或者近中性的電解液中進行，較高的pH不僅有利于加速化學反應速率也有利于抑制析氫副反應的發生。然而由于堿性或近中性的電解液的使用，導致產物甲酸通常和電解質離子混合為甲酸鹽，需要額外的分離純化過程來獲得純甲酸溶液。除此之外，堿性電解液也是對反應裝置具有腐蝕性和增加了反應成本。因此，使用純水作為電解液電催化CO₂還原為甲酸具有意義和挑戰性。

發明內容

本發明的目的是提供一種富含介孔的氧化鉍納米片(ns-Bi₂O₃)及其在純水中電催化CO₂還原和Zn-CO₂電池中的應用。

本發明所提供的富含介孔的氧化鉍納米片的制備方法，包括如下步驟：

S1、硝酸鉍和氨水在水或硝酸水溶液中進行紫外光照反應；

S2、所述紫外光照反應的產物分散于苯酚溶液中繼續進行紫外光照即得。

上述的制備方法中，步驟S1中，所述硝酸鉍與所述氨水的摩爾比為1：0.0001～0.001，優選1：0.0003；

所述硝酸鉍、所述氨水與所述水或所述硝酸水溶液形成的混合水溶液中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為0.01～0.2mol/L，優選0.1mol/L。

上述的制備方法中，步驟S1中，所述紫外光照反應的條件如下：

紫外光光強為10～200mW?cm^-2，時間為0.5～10h，可在圓底燒瓶中進行；

可將混合水溶液在室溫下劇烈攪拌后再轉移至所述圓底燒瓶中。

上述的制備方法中，步驟S1中，所述紫外光反應后包括如下步驟：

所述紫外光照反應的反應體系反應完成后離心收集固體產物，然后采用水洗滌，離心分離后進行干燥。