[发明专利]一种铋基-银基复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种铋基‑银基复合材料及其制备方法、应用。该铋基‑银基复合材料的制备方法，包括下述步骤：S1：银纳米线、氯化铋、十六烷基三甲基溴化胺和钒酸钠经水热法反应制得钒酸铋‑银纳米线预催化剂；S2：将表面涂布有钒酸铋‑银纳米线预催化剂的基材作为工作电极，经过原位电化学反应，在基材上制得铋基‑银基复合材料。采用本发明的制备方法制得的铋基‑银基复合材料中，铋纳米片具有超小尺寸，在电催化还原二氧化碳制备甲酸盐反应中，展现了极佳的甲酸盐法拉第效率、阴极能量效率和较好的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种铋基-银基复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着时代进步与科技发展，能源已经成为影响人类社会的一个重要因素。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源在世界的经济发展中依然占有举足轻重的作用，但是由于化石能源储量有限，能源危机已经成为当前人类亟待解决的问题。利用可再生能源将二氧化碳电催化转化为高能量密度的燃料和化学品反应，为减少过量的碳排放和节约化石能源提供了一种可行策略。在众多的二氧化碳电催化还原产物中，甲酸盐是一种重要的化学产品，可作为燃料电池的替代原料和理想的储氢材料。

如今，铋、钯、锡、铟和铅等金属基材料在还原二氧化碳制备甲酸盐过程中皆显示出较好的优势。最近，现有技术中有通过原位电化学还原铋基材料得到的二维铋纳米片，其在电催化二氧化碳制备甲酸盐的过程中虽然能够改善甲酸盐法拉第效率与催化活性，但是其提高的程度仍然有限。例如在现有报道Adv.Funct.Mater.2020,30,1910408中，虽然在-0.97V_RHE电位下，该催化剂具有较优的甲酸盐法拉第效率，但是其分电流密度仅为4mA cm^-2。

现有技术中还报道将元素银应用于制备还原二氧化碳制备甲酸盐的催化剂中，通过水热的方法将银纳米线和硫化锡纳米片复合，得到一种复合材料，虽然其分电流密度有所改善，但是甲酸盐法拉第效率较低。

另外，现有技术的催化剂仍然存在一些限制性问题，如阴极能量效率较低，特别是在工业级电流密度下(例如100～250mA cm^-2)。较低的阴极能量效率会造成能量浪费，阻碍催化剂在甲酸盐生产中的实际应用。

因此，需要设计一种铋基材料，可以同时实现较高的甲酸盐法拉第效率和较高的催化活性，从而进一步提升铋基材料在工业制备甲酸盐中的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术中铋基材料在大电流条件下，电催化二氧化碳制备甲酸盐的过程中无法兼具甲酸盐法拉第效率与催化活性的缺陷，提供一种铋基-银基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的铋基-银基复合材料中，铋纳米片可具有6～8nm的外接圆直径，在电催化还原二氧化碳制备甲酸盐反应中展现了极佳的甲酸盐法拉第效率、阴极能量效率和较好的稳定性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

本发明提供了一种铋基-银基复合材料的制备方法，其包括下述步骤：

S1：银纳米线、氯化铋、十六烷基三甲基溴化胺和钒酸钠经水热法反应制得钒酸铋-银纳米线预催化剂；

S2：将表面涂布有钒酸铋-银纳米线预催化剂的基材作为工作电极，经过原位电化学反应，在基材上制得铋基-银基复合材料。

S1中，所述银纳米线的直径较佳地为60～100nm，更佳地为60～80nm。

S1中，所述银纳米线可通过本领域常规方法制得，一般在溶剂存在的条件下，将二水合氯化铜、聚乙烯吡咯烷酮和硝酸银进行混合反应即可，较佳地通过下述步骤进行制备：

S11将二水合氯化铜加入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到混合液；

S12将硝酸银加入所述混合液中，经反应制得所述银纳米线。