[发明专利]一种银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂的制备方法，包括：制备硫化镉纳米棒；取硫化镉纳米棒均匀铺在培养皿上，用氢气等离子体处理，得到只含硫空位的硫化镉纳米棒；取得到的硫化镉纳米棒加入纯水中形成均匀的硫化镉溶液，将硝酸银溶液与硫化镉溶液混合后转移到不锈钢反应釜中，反应，离心收集产物，分别用纯水和乙醇洗三次，真空干燥，得到银掺杂硫化镉纳米棒；取银掺杂硫化镉纳米棒和炭黑加入乙醇中，再加入膜溶液，超声均匀后，用刷子均匀刷在碳纸上，干燥，得到银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂。本发明通过离子交换法，用低价态银离子掺杂高价态镉离子，制备出掺杂与硫空位的共存的银掺杂硫化镉纳米棒催化剂。

技术领域

本发明属于有无机纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂的制备及其在电化学CO₂还原中的应用。

背景技术

电化学CO₂还原代表着一种可持续的产清洁能源的方式，也是潜在的解决能源危机的途径之一，这主要是电能是一系列清洁能源(如太阳能、风能等)的整合平台。在CO₂电还原反应中，CO₂的活化过程往往是限制反应速度的瓶颈因素，因为CO₂得到一个电子生成CO₂^-这种活化步骤需要高达-1.9Vvs NHE的还原电位。因为此因素，CO₂还原往往需要很高的过电位，造成能量损失。考虑到CO₂的活化过程是催化剂上的一个电子转移到CO₂的π*反键轨道，因此该过程发生的难易程度与催化剂本身的电子结构息息相关。

纳米材料由于其相对于传统材料拥有诸多的优秀特性，已经在电催化还原CO₂中被给予重视，取得了很好的催化活性及选择性。通过金属掺杂可以对纳米材料的电子结构进行调控，实现催化剂的电子能级与掺杂物种的能级杂化，形成全新的电子结构。

发明内容

本发明通过简单的离子交换法，用低价态银离子掺杂高价态镉离子，制备出掺杂与硫空位的共存的银掺杂硫化镉纳米棒催化剂。本发明的目的是通过银掺杂硫化镉纳米棒实现其电子结构的调控，引入硫空位增强二氧化碳的活化，解决CO₂还原往往需要很高的过电位的问题。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备硫化镉纳米棒：将氯化镉加入乙二胺中，搅拌均匀后加入硫粉，继续搅拌均匀后加入水合肼，搅拌25～35min，得到混合液；

步骤二、将混合液转移到不锈钢反应釜中，在130～150℃下反应12h，反应完毕后，离心收集产物，分别用纯水和乙醇洗三次，最终沉淀在55～65℃下真空干燥，得到硫化镉纳米棒；

步骤三、取硫化镉纳米棒均匀铺在培养皿上，用氢气等离子体处理30～40秒，得到只含硫空位的硫化镉纳米棒；

步骤四、制备银掺杂硫化镉纳米棒：取步骤三得到的硫化镉纳米棒加入纯水中形成均匀的硫化镉溶液，将硝酸银溶液与硫化镉溶液混合后转移到不锈钢反应釜中，在155～165℃下反应5～7小时，反应完毕后，离心收集产物，分别用纯水和乙醇洗三次，最终沉淀在55～65℃下真空干燥，得到银掺杂硫化镉纳米棒；

步骤五、取银掺杂硫化镉纳米棒和炭黑加入乙醇中，再加入膜溶液，超声均匀后，用刷子均匀刷在碳纸上，55～65℃干燥，得到银掺杂硫化镉纳米棒电催化剂。

优选的是，所述步骤一中，氯化镉与乙二胺的摩尔体积比为1mmol:25～35mL。

优选的是，所述硫粉与氯化镉的摩尔比为1：1；所述氯化镉与水合肼的摩尔体积比为1mmol:2.5～3.5mL。