[发明专利]一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi2

说明书

本发明涉及一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi₂CuO₄材料及其制备方法和应用。所述材料分子式为Bi2CuO4，属四方晶系，以纳米颗粒形式存在，颗粒尺寸在50～150纳米，形状为不规则球状。制备时，通过聚丙烯酰胺凝胶法制备铜铋凝胶，随后在烘箱中将凝胶烘干。最后，在马弗炉中对烘干前驱体进行煅烧得到微畸变的Bi₂CuO₄材料。这种材料在电催化还原CO₂领域中表现出优异的甲酸选择性。在电解质为KOH的流动反应器中，在‑0.59V vs.RHE的低电位下可达到194.6mA cm^‑2的甲酸部分电流密度，相应的甲酸法拉第效率可达97.3％。该方法操作简便，原料易得，制备成本低廉，可重复性高，并且可大量制备，在清洁能源领域有着非常重要的用途。

技术领域

本发明涉及能源催化领域，具体涉及一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi₂CuO₄材料及其制备方法和应用，在能源开发和环境保护领域也具备潜在的应用价值。

背景技术

工业发展在彻底改变我们的生活方式的同时也导致了化石燃料的快速消耗，并因此向大气中排放了数十亿吨的二氧化碳(CO₂)。尽管已经开发出了一系列新的能源储存和转换技术，但目前全球约75％的能源仍由化石燃料提供，这对环境造成了负面影响。为了解决大气中二氧化碳过量增加的问题，应该开发将CO₂捕获、储存和转化为燃料或增值化学品的技术。通过电化学CO₂还原反应(CO₂RR)将CO₂转化为商业上需要的产品(如一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯、甲醇和乙醇)，被认为是有效的CO₂减排手段和利用策略，受到了研究者们的广泛关注。在CO₂RR中，催化剂起到了降低反应的过电位以及提升产物选择性的关键作用，因此，开发高活性、高选择性且价格低廉的催化剂具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi₂CuO₄材料及其制备方法和应用，制备方法简单，成本低，可大量合成。所制备的纳米材料具有较高的甲酸选择性和活性，具有优异的电催化CO₂RR性能。合成过程中不需要复杂的仪器、操作简单，有利于大规模的工业应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi₂CuO₄材料，其特征在于，所述材料分子式为Bi₂CuO₄，属四方晶系，以纳米颗粒形式存在，颗粒尺寸在50～150纳米，形状为不规则球状。

本发明还提出一种晶格氧电化学稳定的微畸变Bi₂CuO₄材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.5～3g五水合硝酸铋、0.2～0.8g三水合硝酸铜分散于10～80mL硝酸溶液中并搅拌，然后加入0.5～1.5g酒石酸、3～5g葡萄糖和1.5～4g丙烯酰胺。将上述溶液在加热台上70～90℃条件下搅拌，直至凝胶形成；

(2)将步骤(1)所得的凝胶置于120～180℃烘箱中4～8h，然后自然冷却至室温。

(3)将步骤(2)中得到的材料转移到坩埚并置于马弗炉中，在250～300℃条件下煅烧3～6h，然后自然冷却至室温。

(4)取出坩埚，即得到畸变的Bi₂CuO₄材料，属四方晶系，以纳米颗粒形式存在，颗粒尺寸在50～150纳米，形状为不规则球状。