[发明专利]一种Bi催化剂及其制备方法

说明书

一种Bi催化剂及其制备方法，它属于高效的电化学还原二氧化碳领域，具体涉及一种Bi催化剂及其制备方法。本发明的目的是要解决现有微纳级单质金属铋催化剂存在产甲酸法拉第效率低的问题。Bi催化剂为Bi单质，且Bi催化剂的形貌为纳米树枝状。制备方法：一、配置硝酸铋溶液；二、电沉积；三、清洗、干燥，得到纳米树枝状的Bi催化剂。优点：一、树枝状结构的Bi催化剂。二、具有高稳定性、长寿命、高选择性的催化剂。三、方法简单、操作方便、易于批量化生产。本发明主要用于制备树枝状结构的Bi催化剂。

技术领域

本发明属于高效的电化学还原二氧化碳领域，具体涉及一种Bi催化剂及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步及工业的快速发展，大量的化石能源燃烧带来的碳排放正逐年增多已经严重的影响到自然界原有的碳循环平衡，二氧化碳作为温室气体的主要成分，它的大量排放是引起温室效应的罪魁祸首之一。此外，工业的迅速发展需要大量的能源物质如煤炭、石油、天然气等，它们都是不可再生资源，据报道目前全球石油储量仅够生产40年，能源问题已经成为全人类共同关心的焦点问题之一。CO₂作为一种丰富的含碳资源，它的利用不仅能缓解它的大量排放造成的一系列环境问题，也能缓解日益激烈的资源短缺问题。然而，二氧化碳中的碳是四价，化学性质为”惰性”，只有在特殊的环境下才能发生反应，如高温、高压以及在催化剂的催化条件下才有可能发生反应。二氧化碳还原领域目前研究的主要分为光化学还原二氧化碳、电化学还原二氧化碳、光电化学还原二氧化碳这几个方面，其中电化学还原二氧化碳可以利用太阳能风能等可持续能源作为系统的能量来源，在常温常压下将CO₂还原成甲酸、乙醇等化学药品，反应可由电极电势及电解时间等进行控制，操作简单，电化学反应系统结构紧凑、模块化、适用于大规模工业应用而受到了广泛的关注。目前在电催化还原二氧化碳领域里，Cu、Sn、Ag等金属是研究的最为广泛的物质，但它们普遍存在对还原产物的选择性不高、产物FE效率不高、过电位高等缺点，开发一种高活性的、高选择性的催化剂是电催化还原二氧化碳研究的方向和目标。Bi金属价格便宜、无毒，有研究证明其应用于电催化还原二氧化碳稳定性好、对产甲酸的选择性高。是一种理想的催化剂的选择。但是Bi用于CO₂电催化还原产甲酸的研究报道却非常的少，它的潜能有待被挖掘。在中国已公开专利二氧化碳电化学还原单质铋催化剂及其制备和应用(公布号：CN107020075A)中给出水溶液化学还原方法合成的微纳级单质金属铋催化剂，微纳级单质金属铋催化剂由纳米金属铋片堆积形成，且Bi_100-45催化剂(公布号：CN107020075A)在-1.45V电位下电解1小时的产甲酸法拉第效率达到90％，所以现有微纳级单质金属铋催化剂仍然存在产甲酸法拉第效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有微纳级单质金属铋催化剂存在产甲酸法拉第效率低的问题，而提供一种Bi催化剂及其制备方法。

一种Bi催化剂，它为Bi单质，且Bi催化剂的形貌为纳米树枝状。

一种Bi催化剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、配置硝酸铋溶液：将Bi(NO₃)₃·5H₂O置于稀硝酸中进行溶解，再定容稀释，得到硝酸铋溶液，所述硝酸铋溶液中Bi(NO₃)₃的浓度为5mmol～50mmol/L；

二、电沉积：将硝酸铋溶液置于电解池中，以不锈钢片作为对电极，铜片作为工作电极，用控制电位法进行电沉积，在铜片上得到电沉积产物；

三、清洗、干燥：先采用去离子水对电沉积产物进行清洗，然后置于真空干燥箱内进行干燥，得到纳米树枝状的Bi催化剂。

本发明有益效果：

一、本发明的树枝状结构的Bi催化剂。该催化剂由电沉积方法合成，通过有效的调控催化剂的制备条件来控制Bi的形貌。