一种氧化铋纳米复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及无机纳米材料合成，特别涉及一种氧化铋纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、甲酸(甲酸盐)不仅是合成甲酸酯、甲酰胺等下游产品的基础化工原料，还是一种理想的储氢材料，在能源体系中具有重要应用价值。目前，主要通过甲醇羰基化反应制备甲酸，其工艺复杂、能耗较高，严重降低了甲酸的经济效益。因此，通过温和、节能的电化学技术直接将co2转化为甲酸或甲酸盐极具有应用前景。

2、迄今为止，pb、cd、hg、in、sn和bi等金属基催化剂都能有效地将co2电还原为甲酸或甲酸盐。其中，铋基电催化剂因其价格低廉、储量丰富的优势而被广泛研究。然而，在实际应用中，铋基催化剂受限于复杂的合成步骤和不理想的催化电流，无法满足工业化应用的要求。为了解决这一问题，本研究提供了一种简单的方法可以短时间内量产氧化铋纳米复合材料并实现高效的电催化co2还原制备甲酸盐。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种氧化铋纳米复合材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明的第一个方面提出了一种氧化铋纳米复合材料的制备方法。

4、本发明的第二个方面提出了一种氧化铋纳米复合材料。

5、本发明的第三个方面提出了一种氧化铋纳米复合材料的应用。

6、根据本发明的第一个方面，提出一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

7、s1：将铋盐溶于强酸溶液中，得到溶液a，分散至水中，得到混合液b；

8、s2：将氨水加入至混合液b中，搅拌反应，得到悬浊液c，离心收集固体产物，洗涤，干燥，得到所述氧化铋纳米复合材料。

9、在本发明的一些实施方式中，s1所述铋盐选自五水合硝酸铋或氯化铋。

10、在本发明的一些实施方式中，所述铋盐优选为五水合硝酸铋。

11、在本发明的一些实施方式中，s1所述强酸选自浓硝酸、浓盐酸中的一种。

12、在本发明的一些实施方式中，s1所述铋盐和强酸的摩尔比为1：20～100。

13、在本发明的一些实施方式中，s1所述的强酸的摩尔浓度为10～20mol/l。

14、在本发明的一些实施方式中，s1所述溶液a和水的体积比为1：20～100，优选1：20～50，更优选1：20～30。

15、在本发明的一些实施方式中，s2所述氨水的质量浓度为25％～30％。

16、在本发明的一些实施方式中，s2所述氨水与混合液b的体积比为1：2～4，优选1：2～3。

17、在本发明的一些实施方式中，s2所述搅拌反应的温度为0～60℃，时间为1min～30min。

18、在本发明的一些实施方式中，s2所述搅拌反应的转速为800～1000rpm。

19、在本发明的一些实施方式中，s2所述离心的转速为8000～10000rpm，时间为3～5min。

20、在本发明的一些实施方式中，s2所述洗涤为用去离子水洗涤，次数为3～5次。

21、在本发明的一些实施方式中，s2所述干燥为真空干燥，温度为40～60℃。

22、根据本发明的第二个方面，提出一种氧化铋纳米复合材料，由第一方面的制备方法制备得到。

23、在本发明的一些实施方式中，所述氧化铋纳米复合材料具有纳米管状结构，平均直径为10～20nm。

24、在本发明的一些优选的实施方式中，所述氧化铋纳米复合材料的平均直径为10～15nm，优选10nm。

25、根据本发明的第三个方面，提出一种第二方面所述的氧化铋纳米复合材料在制备催化剂中的应用。

26、在本发明的一些实施方式中，所述催化剂为电催化剂。

27、在本发明的一些优选的实施方式中，所述催化剂电催化co2还原成甲酸盐。

28、本发明的有益效果是：

29、相较于其他铋基材料，本发明的氧化铋复合材料具有较大的电化学活性面积和较强的co2吸附能力，从而表现出优异的电催化co2还原活性和理想的甲酸盐选择性。更重要的是，该制备方法绿色、反应简单、短时间内量产，有望可直接应用于工业生产。

技术特征：

1.一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s1所述铋盐选自五水合硝酸铋或氯化铋。

3.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s1所述强酸选自浓硝酸、浓盐酸中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s1所述铋盐和强酸的摩尔比为1：50～100。

5.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s2所述氨水的质量浓度为25％～35％，s2所述氨水与混合液b的体积比为1：2～4。

6.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s2所述搅拌反应的温度为0～60℃，时间为1min～30min。

7.根据权利要求1所述的一种氧化铋纳米复合材料的制备方法，其特征在于：s2所述干燥的温度为40～60℃。

8.一种氧化铋纳米复合材料，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的氧化铋纳米复合材料，其特征在于：所述氧化铋纳米复合材料具有纳米管状结构，平均直径为10～20nm。

10.权利要求8所述的氧化铋纳米复合材料在制备催化剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种氧化铋纳米复合材料及其制备方法和应用。相较于其他铋基材料，本发明制备的氧化铋复合材料为纳米管状结构，平均直径为10～20nm，具有较大的电化学活性比表面积和较强的CO2吸附能力，从而表现出优异的电催化CO2还原活性和理想的甲酸盐选择性。本发明的制备方法绿色、简单可短时间内实现催化剂的快速量产，从而推动了电催化CO2还原为甲酸盐工艺的发展。

技术研发人员：卢秀利,赵云,鲁统部
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14