棒状Au-Bi2O3电催化CO2还原材料的制备方法

本发明属于属于电催化co2还原催化电极制备领域，具体涉及一种棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法。

背景技术：

1、电催化二氧化碳还原反应是一种在温和的条件下利用可再生电资源将co2转化为酸、醇、烷烃、烯烃等高附加值化学品的方法，不仅可解决间歇性电能的存储问题，对电催化二氧化碳还原反应的研究具有重要的现实意义。甲酸这种重要的工业原料是二氧化碳还原过程中很有前景的产品之一。因此，迫切需要开发更多的高性能电催化剂来促进二氧化碳还原为甲酸。

2、迄今为止，金属基催化剂(如bi、sn、in、pd等)在二氧化碳还原过程中表现出优异的甲酸选择性。其中，bi基催化剂具有较强的*ocho稳定性和较大的析氢过电位，是最有潜力的性能优越的电催化剂之一。然而，单组分bi系材料只能在一个或几个电位下表现出较高的甲酸法拉第效率(fe>90％)，尤其在较小过电位下，甲酸选择性很难达到工业化需求。因此，迫切需要开发更多的高性能的bi系电催化剂以提升甲酸选择性、二氧化碳还原反应活性等因素。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，在bi2o3表面修饰au纳米粒子，一种可以增加电催化二氧化碳还原反应活性、增加甲酸选择性、降低反应过电位的au-bi2o3电催化材料的制备方法。

2、本发明采用的技术方案为：一种棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：

3、步骤一、将4.12mmol的硝酸铋、0.77mmol的柠檬酸钠溶于150ml的超纯水中，充分搅拌后加入0.05mol的氢氧化钠，在80℃下反应30min，离心干燥后即可得到黄色bi2o3粉末；硝酸铋、柠檬酸钠、氢氧化钠的摩尔比为8.24：1.54：0.1。

4、步骤二、将213mm的2-巯基乙胺溶解于1.42mm的氯金酸中，搅拌20min后加入10mm的硼氢化钠，反应10min后即可得到红色au纳米溶胶；2-巯基乙胺、氯金酸、硼氢化钠摩尔比为106.5：71：0.1。

5、步骤三、将0.2g的bi2o3粉末分散于21ml的au纳米溶胶中，室温条件下搅拌6h；将所得物经离心收集后，依次用超纯水、无水乙醇洗涤去除溶液中游离的au纳米粒子，在60℃的条件下干燥后即可得到棒状au-bi2o3自主装纳米材料。

6、进一步地，使用棒状au-bi2o3催化剂制备工作电极的方法为：将棒状au-bi2o3催化剂材料与超纯水、乙醇、5％的nafion溶液混合并超声分散后得到混合溶液，然后将所得混合溶液均匀涂覆在经过除油、除杂质处理过的碳纸上，干燥后即可形成工作电极；棒状au-bi2o3催化剂、超纯水、乙醇、5％的nafion溶液比例为1mg:1ml:1ml:0.02ml。

7、进一步地，制得的工作电极应用二氧化碳电催化还原反应。

8、进一步地，制得的工作电极应用于制备甲酸，二氧化碳经过电催化还原反应可制得甲酸。

9、本发明的有益效果：提供了一种可以增加电催化二氧化碳还原反应活性、增加甲酸选择性、降低反应过电位的au-bi2o3电催化材料的制备方法。其主要优点如下：

10、(1)、由于金纳米粒子是利用静电吸附方法组装到棒状bi2o3上的，因此不会破坏bi2o3基底的结构，此外au的添加量较少(bi2o3、au质量比为2％)，并不会大幅度的增加催化剂价格。催化剂制备过程温和环保、无强酸强碱，易于放大实现产品的大批量制备；

11、(2)、通过在铋系催化剂中引入贵金属元素金，改善材料的局部电子结构，来改善催化剂的催化活性，调控催化剂表面反应物、中间产物的吸附强度，从而提高催化剂的活性和选择性；

12、(3)、与传统bi2o3相比，制备的au-bi2o3具有更优秀的co2-甲酸电催化还原性能，在较宽的电位区间内(-0.6～-1.1vrhe)，au-bi2o3的fe甲酸可以增加至90％以上；在-0.9vrhe电位下，au-bi2o3的fe甲酸最大值增加至99％(bi2o3的1.32倍)，甲酸局部电流密度增加至17.01macm-2(bi2o3的3.02倍)；au-bi2o3的甲酸起始电位为-0.6vrhe，比bi2o3的甲酸起始电位正移了0.1v；

13、(4)、制备的au-bi2o3催化剂用于电催化co2电还原体系中表现出较佳的稳定性。

技术特征：

1.一种棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，其特征在于：使用棒状au-bi2o3催化剂制备工作电极的方法为：将棒状au-bi2o3催化剂材料与超纯水、乙醇、5％的nafion溶液混合并超声分散后得到混合溶液，然后将所得混合溶液均匀涂覆在经过除油、除杂质处理过的碳纸上，干燥后即可形成工作电极；棒状au-bi2o3催化剂、超纯水、乙醇、5％的nafion溶液比例为1mg:1ml:1ml:0.02ml。

3.根据权利要求2所述的棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，其特征在于：制得的工作电极应用二氧化碳电催化还原反应。

4.根据权利要求3所述的棒状au-bi2o3电催化co2还原材料的制备方法，其特征在于：制得的工作电极应用于制备甲酸，二氧化碳经过电催化还原反应可制得甲酸。

技术总结
本发明属于属于电催化CO<subgt;2</subgt;还原催化电极制备领域，具体涉及一种棒状Au‑Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;电催化CO<subgt;2</subgt;还原材料的制备方法，1、将4.12mmol的硝酸铋、0.77mmol的柠檬酸钠溶于150mL的超纯水中，搅拌后加入0.05mol的氢氧化钠，在80℃下反应30min，离心干燥后得到黄色Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末；2、将213mM的2‑巯基乙胺溶解于1.42mM的氯金酸中，搅拌后加入10mM的硼氢化钠，反应10min后得到红色Au纳米溶胶；3、将0.2g的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末分散于21mL的Au纳米溶胶中，搅拌6h后离心干燥，即可得到棒状Au‑Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;自主装纳米材料。

技术研发人员：王晓蕾
受保护的技术使用者：黑龙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15