一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法及应用

本申请属于催化剂制备，具体涉及一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法及应用。

背景技术：

1、将大气中co2通过电催化方式转变为重要的c1、c2化学品(如一氧化碳、甲酸等两电子产物，甲烷、乙烯、乙醇等多电子产物等)，是减少co2排放所带来严重生态问题的一种有效技术手段。然而，电催化co2的还原，存在反应过电势高、产物选择性差、稳定性低等问题，因此设计制备高效、低成本的电催化剂是亟待解决的问题。目前有效的电催化剂仍以贵金属为主，成本极高，急需一种低成本高活性的电催化剂来替代贵金属电催化剂。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法及应用。

2、本申请利用焦耳热法来快速合成异质结构电催化剂，对负载前驱体的碳布施加电场，在碳布上快速合成金属单质/金属氧化物的异质结构。本申请以过渡金属和/或稀土金属的盐溶液配制前驱体溶液，相比贵金属，过渡金属和/或稀土金属在兼具优良稳定性和高活性的同时，还具备更低的成本。

3、一方面，本申请提供一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，包括：

4、（1）在真空或惰性气氛下对碳布进行焦耳热活化，得到活化碳布基底；

5、（2）将活化碳布基底浸渍于前驱体溶液或将前驱体溶液滴涂于活化碳布基底上，得到负载碳布；所述前驱体溶液含过渡金属离子和/或稀土金属离子；

6、（3）在真空或惰性气氛下对负载碳布进行焦耳加热，得到金属单质/金属氧化物异质结构电催化剂。

7、步骤（1）中，对碳布进行焦耳热活化，瞬时高温可提升碳布基底的催化活化以及对前驱体的附着性。步骤（3）中，对负载碳布进行焦耳加热，瞬时高温促使前驱体中过渡金属离子碳还原为金属单质，由于前驱体的快速热解 ，同时可避免催化剂的团聚，极短的处理时间内，即可得到高度分散的纳米级异质结构电催化剂。所获得的异质结构电催化剂材料充分利用金属单质与金属氧化物的协同作用，使催化剂表面电荷重新排布，在异质界面处形成高效的催化活性位点，从而可提升催化剂的反应动力学。

8、在一些具体实施方式中，步骤（1）中，对碳布进行焦耳热活化的加热功率为30w-70w，恒定电压为6v-10v，加热时间为5s-60s，加热次数2-4次，每次加热后降温1s-10s再进行下次加热。

9、在一些具体实施方式中，步骤（2）中，前驱体溶液中金属离子总浓度为0.05mol/l-0.2mol/l。

10、在一些具体实施方式中，步骤（2）中，前驱体溶液为铈、铜、银中一种或多种的盐溶液。

11、进一步的，前驱体溶液为铈、铜、银中一种或多种的硝酸盐溶液。

12、在一些具体实施方式中，步骤（3）中，对负载碳布进行焦耳加热的加热功率为30w-70w，电压为7v-9v，每次加热时间为5s-60s，加热次数2-4次，每次加热后降温1s-10s再进行下次加热。

13、进一步的，步骤（3）中对负载碳布进行焦耳加热的电压为7v-8v或8v-9v。

14、在一些具体实施方式中，在步骤（2）之前还包括：先将活化碳布基底浸渍于第一前驱体溶液或将第一前驱体溶液滴涂于活化碳布基底，再在真空或惰性气氛下对活化碳布基底进行焦耳加热，得到负载有ti02的活化碳布基底；其中，第一前驱体溶液为钛酸四丁酯和异丙醇的混合溶液。

15、进一步的，第一前驱体溶液以异丙醇、苯、乙醇、甲醇或乙醚为溶剂。

16、另一方面，本申请还提供了上述所合成的异质结构电催化剂在用作co2电催化剂中的应用。

17、与现有技术相比，本申请具有如下特点和有益效果：

18、1.本申请原料成本低，合成工艺简单高效，可极大缩短合成时间，热量利用率高，利于批量化实现。

19、2.所合成的金属单质/金属氧化物电催化剂其具有异质结构，基于金属单质和金属氧化物的协同作用，促使金属表面电荷重新排布，进而在异质界面处形成不同催化活性位点，从而促进电催化剂的电催化活性。

20、3.本申请方法由于前驱体的快速热解，可避免电催化剂颗粒的团聚，所合成电催化剂具有优异的分散性，有利于可促进电催化活性的改善。

技术特征：

1.一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

3.如权利要求1所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

4.如权利要求1所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

5.如权利要求4所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

6.如权利要求1所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

7.如权利要求1所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

8.如权利要求7所述的焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法，其特征是：

9.权利要求1-8中任一项所合成异质结构电催化剂在用作co2电催化剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种焦耳热快速合成异质结构电催化剂的方法及应用，包括：（1）在真空或惰性气氛下对碳布进行焦耳热活化，得到活化碳布基底；（2）将活化碳布基底浸渍于前驱体溶液或将前驱体溶液滴涂于活化碳布基底上，得到负载碳布；所述前驱体溶液含过渡金属离子和/或稀土金属离子；（3）在真空或惰性气氛下对负载碳布进行焦耳加热，得到金属单质/金属氧化物异质结构电催化剂。本申请原料成本低，合成工艺简单高效，利于批量化实现。本申请所合成的金属单质/金属氧化物电催化剂其具有异质结构，具有优异的电催化活性。

技术研发人员：祝运硕,关丽丽,黄雅荣,黎明,武利,于润泽,杨雅琪,尹海鑫
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17