[发明专利]一种Na离子修饰的Bi纳米催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Na离子修饰的Bi纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：对NaBiO₃纳米材料进行电化学还原得到Na离子修饰的Bi纳米催化剂。本发明通过在Bi催化剂表面进行Na离子的修饰，促进了二氧化碳分子的活化，降低了决速步骤的反应能垒，进而提升其二氧化碳电还原性能，使得Na离子修饰的Bi纳米催化剂在二氧化碳电还原制备甲酸反应中展现出优异的催化性能。实验结果表明，Na离子修饰的Bi纳米催化剂在工业级电流密度下能够高效催化二氧化碳到甲酸的转化。本发明所述的Na离子修饰的Bi纳米催化剂具有催化活性好、选择性高的优点。同时该催化剂制备工艺简单、成本低廉。

技术领域

本发明涉及能源催化技术领域，尤其涉及一种Na离子修饰的Bi纳米催化剂、其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料作为不可再生能源，其过度使用不仅引发了能源危机，也导致了大量二氧化碳气体的排放。以风能、太阳能等可再生能源发出的电能为驱动力将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化工原料，对于缓解能源危机和降低大气中二氧化碳浓度具有重要意义。

甲酸作为二氧化碳电还原反应中的一种重要液体产物，其在医药化工、储氢、燃料电池等领域具有广泛应用。同时，技术经济分析表明，在系列还原产物中，甲酸的制备是最经济可行的(Ind.Eng.Chem.Res.2018,57,2165-2177)。因此，通过二氧化碳电还原技术制备甲酸具有广阔前景。

Bi催化剂以其无毒、价格低廉、储量丰富等优点，在二氧化碳电还原反应中引起越来越多的关注。然而，现有技术公开的Bi催化剂活性低、选择性差，难以满足工业化应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种Na离子修饰的Bi纳米催化剂、其制备方法和应用，制备的Na离子修饰的Bi纳米催化剂在二氧化碳电还原制备甲酸反应中催化活性好、选择性高。

本发明提供了一种Na离子修饰的Bi纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

对NaBiO₃纳米材料进行电化学还原得到Na离子修饰的Bi纳米催化剂。

优选的，所述电化学还原的方式为循环伏安法。

优选的，所述电化学还原的电势窗口为1.0至-1.4伏特(相对于可逆氢电极)，所述电化学还原的扫描圈数为10至20圈。

优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：

将NaBiO₃纳米材料负载于导电电极上，经电化学还原得到Na离子修饰的Bi纳米催化剂。

优选的，所述NaBiO₃纳米材料的制备方法为：

将二水合铋酸钠进行热处理脱去结晶水，得到NaBiO₃纳米材料。

优选的，所述热处理的温度为200～220℃，所述热处理时间为1～2h。

本发明提供了上述制备方法制备得到的Na离子修饰的Bi纳米催化剂，所述Na的原子比例为3.0％～3.5％。

本发明提供了上述制备方法制备得到的Na离子修饰的Bi纳米催化剂，或上述Na离子修饰的Bi纳米催化剂，作为二氧化碳电还原反应催化剂的应用。

本发明提供了一种二氧化碳电还原反应用电极，所述电极表面负载有上述制备方法制备得到的Na离子修饰的Bi纳米催化剂，或上述Na离子修饰的Bi纳米催化剂。