[发明专利]一种富氧空位的氧化锌纳米片、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种富氧空位的氧化锌纳米片，其平均尺寸为800纳米‑1微米；本发明还公开了所述富氧空位的氧化锌纳米片的制备方法，包括：将氧化锌纳米片置于氢气等离子体氛围中进行刻蚀。本发明还提出的一种所述富氧空位的氧化锌纳米片在二氧化碳电还原反应制备一氧化碳中的应用。本发明提出的富氧空位的氧化锌纳米片的制备方法成本低廉，易于大量合成，通过引入氧空位改善了氧化锌纳米片的表面电子态，将得到的富氧空位的氧化锌纳米片用于二氧化碳电还原反应中，催化活性及其选择性高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种富氧空位的氧化锌纳米片、制备方法及其应用。

背景技术

在化学工业中，二氧化碳是一种丰富而廉价的碳资源，通过电化学过程将二氧化碳转化为燃料和高附加值的化学物质，对于缓解能源危机具有非常重要的意义。由于二氧化碳非常稳定，因此对二氧化碳的有效活化在其电化学还原过程中起着关键的作用。近几年来，在金属氧化物催化剂中引入氧空位是一种能够促进二氧化碳活化的有效方法。例如，在二氧化钛表面引入氧空位后更易活化C＝O键，使得二氧化碳的解离能垒降低至22.2千卡/摩尔(J.Phys.Chem.C2016,120,21659-21669)。氯氧铋纳米片引入氧空位后呈现表面富电子态，成为二氧化碳转化的电子捕获中心(Nano Res.2015,8,821-831)。此外，理论计算表明，β-氧化镓(100)表面引入氧空位后，被吸附的二氧化碳中一个氧原子很容易占据氧空位位点，因此能够促进二氧化碳的吸附与活化(Langmuir 2010,26,5551-5558)。诸如此类工作大都基于光能或热能驱动二氧化碳转化，然而目前，将氧空位引入到金属氧化物的方法在二氧化碳的电化学还原过程中还未实现。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种富氧空位的氧化锌纳米片、制备方法及其应用，所述制备方法成本低廉，易于大量合成，通过引入氧空位改善了氧化锌纳米片的表面电子态，将得到的富氧空位的氧化锌纳米片用于二氧化碳电还原反应中，催化活性及其选择性高，稳定性好。

本发明提出的一种富氧空位的氧化锌纳米片，其平均尺寸为800纳米-1微米。

优选地，其平均厚度为10-15纳米。

本发明还提出的一种所述富氧空位的氧化锌纳米片的制备方法，包括以下步骤：将氧化锌纳米片置于氢气等离子体氛围中进行刻蚀，得到所述富氧空位的氧化锌纳米片。

优选地，所述氧化锌纳米片按照以下工艺进行制备：将六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶解于水中得到混合液，向混合液中加入表面活性剂的有机溶液，搅拌后在55-65℃下反应80-100分钟，反应结束后冷却，离心，洗涤，干燥，然后在空气中进行煅烧得到所述氧化锌纳米片。

优选地，混合液中，六水合硝酸锌和六亚甲基四胺的浓度均为20-30mmol/L；所述表面活性剂的有机溶液为十二烷基磺酸钠的氯仿溶液；煅烧的温度为180-220℃，煅烧的时间为50-70秒。

优选地，所述氧化锌纳米片按照以下工艺进行制备：将六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶解于17mL水中得到混合液，其中，混合液中，六水合硝酸锌和六亚甲基四胺的浓度均为25mmol/L，向混合液中加入10μL含有1μg十二烷基磺酸钠的氯仿溶液，搅拌均匀后置于60℃的烘箱中反应90分钟，反应结束后冷却，离心，洗涤，干燥，然后在空气中进行煅烧得到所述氧化锌纳米片，其中，煅烧的温度为200℃，煅烧的时间为60秒。

优选地，氢气等离子体的电源功率为150-250瓦。

优选地，氢气等离子体的电源功率为200瓦。

优选地，在进行刻蚀的过程中，氢气压力保持为5-15托，刻蚀时间为100-150秒。

优选地，在进行刻蚀的过程中，氢气压力保持为10托，刻蚀时间为120秒。