[發明專利]一種利用不同尺寸的二硫化鉬片層對電催化還原CO2

在審

• 申請號: 202310585108.0
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116575062A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 呂奎霖;萬德田;周建;王亮亮;曹大可;馬華超;劉小根;張磊;邱巖
• 申請（專利權）人: 中國國檢測試控股集團股份有限公司;中國建筑材料科學研究總院有限公司
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/052;C25B1/23;C25B1/50
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 劉守憲

本發明公開了一種利用不同尺寸的二硫化鉬片層對電催化還原COsubgt;2/subgt;的方法，屬于電催化二氧化碳技術領域。上述方法包括：將分散劑和MoSsubgt;2/subgt;粉末進行球磨；然后在350rpm下離心，去除沉淀，保留上清液；上清液采用梯度離心方法得到不同尺寸的MoSsubgt;2/subgt;片層；將MoSsubgt;2/subgt;片層制備成電極材料，進行CO?subgt;2/subgt;的電催化還原。本發明通過梯度離心可得到不同尺寸片層，不同片層電催化還原COsubgt;2/subgt;為CO的法拉第效率不同，總結出最佳二硫化鉬尺寸范圍和其尺寸活性影響電催化二氧化碳的反應機制，為今后對二硫化鉬片層材料在電還原二氧化碳催化劑的選擇上提供一定指引作用。

技術領域

本發明涉及電催化二氧化碳技術領域，特別是指一種利用不同尺寸的二硫化鉬片層對電催化還原CO₂的方法。

背景技術

將CO₂電化學還原為重要的化學品或能源燃料是具有一定的工業化價值，并且對于實現能源轉換和環境可持續發展有著巨大的經濟利益。然而電催化還原CO₂過程中涉及多電子的轉移，且需要高的過電勢來實現CO₂的轉換，因此其產物通常具有差的選擇性、低的法拉第效率。迄今為止，過渡金屬硫化物MoS₂開發作為電催化還原CO₂的催化劑，已獲得人們較多的關注，這是由于其具有低成本、獨特的可提供更多活性位點的三明治結構。但是MoS₂材料本身也存在一些缺陷，如：對HER(析氫)存在高的催化活性、低的導電性等。這些因素在一定程度上阻礙其在電催化還原CO₂上的應用。為了解決這些問題，采用金屬元素摻雜以及表面修飾MoS₂的方法，來調節MoS₂的電子結構和界面性質，進而來增強對電催化還原CO₂的反應活性。例如，Abbasi等人報道了5％Nb摻雜的MoS₂來做電催化劑來還原CO₂，鄰近Mo的Nb原子可以通過改變對中間體的束縛能來增強CO的形成[ACS?Nano,2017,11(1):453-460]。謝等人使用MoSeS合金來電催化CO₂和H₂O轉換為合成氣，通過對合金中Mo原子偏離中心的電荷的調控，來控制生成CO和H₂的比例[Angewandte?Chemie?InternationalEdition,2017,56(31),9121]。DFT(密度泛函理論)計算表明：部分離域帶電的Mo原子可以增強對COOH*中間體的吸附，且促進對CO的釋放進而增強CO₂RR的活性。

目前，雖然MoS₂在電催化還原CO₂方面已經取得了較大的進展，但是從實際應用的角度來看，開發出價格低廉、高選擇性、低過電勢的MoS₂基電催化劑仍然是一個巨大的挑戰。此外MoS₂的晶相結構和電子性質與本身尺寸有著密切的關系，故其尺寸大小的微弱改變就會對MoS₂的晶相結構和催化性質造成較大的影響。MoS₂作為催化劑的基底材料應用在二氧化碳電催化還原方面上，但是現有技術中暫未探究基底材料本身的片層大小問題對催化性能造成的影響。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種利用不同尺寸的二硫化鉬片層對電催化還原CO₂的方法，通過克服傳統優化策略在設計高效、穩定電催化還原二氧化碳催化劑方面的限制，開發出兼具高的電子傳導能力和多的表面活性缺陷數的二硫化鉬催化劑，進而實現了高選擇性地電催化還原二氧化碳。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一方面，本發明提供一種利用不同尺寸的二硫化鉬片層對電催化還原CO₂的方法，包括：