[发明专利]一种具有超疏水性的铋碳复合材料的合成与应用

说明书

本发明公开了一种具有超疏水性的铋碳复合材料，主要应用于电催化二氧化碳还原成甲酸。通过称取230mg硝酸铋和750mg苯三甲酸，溶解于60ml的甲醇中，可以得到透明澄清溶液，转入100ml反应釜120℃加热24h，得到的白色粉末样品，用甲醇离心清洗3次，干燥得到白色的粉末样品，将粉末样品研磨后放入瓷舟，并将瓷舟放入管式炉中在氩气气氛下450℃煅烧3小时得到黑色的粉末，即为一种具有超疏水性的铋碳复合材料。本发明材料具有超疏水性，接触角测试结果大于150°，而且具有优异的电催化二氧化碳还原的性能，还具有非常好的稳定性。

技术领域

本发明涉及到电催化二氧化碳还原技术领域，具体地说是一种具有超疏水性的铋碳复合 材料用于电催化二氧化碳还原。

背景技术

将二氧化碳转化成有价值的有机燃料，既可以变废为宝，又可以减少温室气体的排放。 相比于光催化，传统的工业合成等高温，强压和其它苛刻的催化方式，电化学催化二氧化碳 还原具有能量可控，条件温和，而且效率高等优点，其安全性、可行性和经济性等方面在开 发二氧化碳转化和利用，对保护生态环境和实现可持续发展具有重要的现实意义。甲酸具 有体积能量密度高被广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等行业中，可直接用于织物加 工、鞣革、纺织品印染和青饲料的贮存，也可用作金属表面处理剂、橡胶助剂和工业溶剂。 在有机合成中用于合成各种甲酸酯、吖啶类染料和甲酰胺系列医药中间体。所以利用非贵金 属电催化二氧化碳还原成甲酸，具有很好的市场前景。

发明内容

针对现有催化剂电催化二氧化碳还原的选择性差，本发明提供了一种具有超疏水性的铋 碳复合材料可有效的把二氧化碳电催化还原成甲酸。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明合成的材料是一种具有超疏水性的铋碳复合材料，主要应用于电催化二氧化碳还 原成甲酸。该材料合成步骤如下：

称取230mg硝酸铋和750mg苯三甲酸，溶解于60ml的甲醇中，可以得到透明澄清溶液，转入100ml反应釜120℃加热24h，得到的白色粉末样品，用甲醇离心清洗3次，干燥 得到白色的粉末样品，将粉末样品研磨后放入瓷舟，并将瓷舟放入管式炉中在氩气气氛下450℃煅烧3小时得到黑色的粉末，即为一种具有超疏水性的铋碳复合材料。

制备的材料应用于电催化二氧化碳还原成甲酸，实验过程如下：

电化学测试：将材料制备成电极，放入0.5M的碳酸氢钾溶液中，通二氧化碳至饱和，在 -0.86V,-0.96V,-1.06V,-1.16V,-1.26V vs.RHE这几个恒定的电位下进行i-t测试算出电流密度， 用气相色谱和核磁判断产物计算法拉第效率，从而得知材料具有优异的电催化二氧化碳还原 成甲酸的性能。

本发明的效果和优越性如下：

1)本发明采用简单的合成方法得到一种具有超疏水性的铋碳复合材料，操作简单，成本 较低，可实现大批量合成。

2)本发明合成的一种具有超疏水性的铋碳复合材料对于电催化二氧化碳还原具有优异 的性能。

3)本发明合成的一种具有超疏水性的铋碳复合材料对于电催化二氧化碳还原具有非常 优异的稳定性能，能保持催化性能高达16个小时。

附图说明

图1为本发明的实施例1、2制成的一种具有超疏水性的铋碳复合材料的XRD谱图。

图2为本发明的实施例1、2制成的一种具有超疏水性的铋碳复合材料的SEM谱图。

图3为本发明的实施例4一种具有超疏水性的铋碳复合材料的接触角测试图。

图4为本发明的实施例3制成的一种具有超疏水性的铋碳复合材料的电催化二氧化碳还 原成甲酸的性能图。