一种硫化铋-碳纳米材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115896857A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211720771.9(22)申请日2022.12.30(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人张代钧杨芳芳尹向阳张炜烽吴姗姗(74)专利代理机构重庆市前沿专利事务所(普通合伙)50211专利代理师廖巧玫肖秉城(51)Int.Cl.C25B11/091(2021.01)C25B11/065(2021.01)C25B3/07(2021.01)C25B3/26(2021.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种硫化铋-碳纳米材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将硫源和功能化的碳纳米材料常温搅拌后得到混合溶液A；将铋源分散到稀酸溶液中，常温搅拌得到均匀的混合溶液B；将混合溶液B匀速滴加到混合溶液A后离心得到硫化铋‑碳纳米材料。本发明制备的硫化铋‑碳纳米材料，因其独特的结构，较好的导电性和丰富的界面，高稳定性等特点，在电催化还原CO2产甲酸盐时，展现出了优异的电催化活性和稳定性，甲酸盐的选择性接近100%；连续电解近80h，催化剂无明显失活。所述材料可以降低生产成本同时提升电催化还原CO2甲酸盐性能。CN115896857ACN115896857A权利要求书1/1页1.一种硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硫源和功能化的碳纳米材料常温搅拌后得到混合溶液A；将铋源分散到稀酸溶液中，常温搅拌得到均匀的混合溶液B；将混合溶液B匀速滴加到混合溶液A后离心得到硫化铋‑碳纳米材料。2.根据权利要求1所述硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述纳米碳材料为生物质炭、还原氧化石墨烯、碳纳米管中的其中一种；所述的硫源为硫代乙酰胺。3.根据权利要求1所述硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述的铋源为硝酸铋、醋酸铋、硫酸铋、碳酸铋、卤化铋中的其中一种；所述的稀酸为0.5‑1mol/L的硝酸水溶液。4.根据权利要求1所述硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，其特征在于：离心得到硫化铋‑碳纳米材料后，在氮气氛围下，对所述硫化铋‑碳纳米材料进行200～300℃煅烧，煅烧时间为2～4h。5.根据权利要求1所述硫化铋‑碳纳米材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米材料的功能化包括以下步骤：将碳纳米材料分散于400mL浓酸中，高温搅拌后将碳管离心洗至中性，再进行真空干燥后得到功能化的碳纳米材料；所述的浓酸为浓硫酸和浓硝酸的混合酸。6.一种硫化铋‑碳纳米材料，其特征在于：采用权利要求1至5任意一项所述制备方法得到。7.一种甲酸盐制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备工作电极，所述工作电极包含如权利要求6所述的硫化铋‑碳纳米材料；将制备好的工作电极置于电解反应器的阴极室内，并向阴极室持续持续通入高纯度CO2后施加还原电位，使其CO2发生还原反应得到甲酸盐。8.根据权利要求7所述甲酸盐制备方法，其特征在于：所述氮气和二氧化碳纯度均为99.999％。9.根据权利要求8所述甲酸盐制备方法，其特征在于：所述CO2气体流速为10～30mL/min，通入CO2的同时以200～300rpm速度持续搅拌。10.根据权利要求7所述甲酸盐制备方法，其特征在于：所述电解反应器为H型，包括阳极室和阴极室；所述阳极室放置有对电极铂片，所述阳极室与阴极室之间采用质子交换膜隔开；所述阴极室正对法兰放置所述工作电极以及参比电极；所述阳极室和阴极室均为密闭区域并与外界环境隔离；所述阴极室设有进出气口以及产物取样口，所述产物取样口位于阴极室上方，所述工作电极右侧。2CN115896857A说明书1/6页一种硫化铋‑碳纳米材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及一种硫化铋‑碳纳米材料及其制备方法和应用，属于电催化材料技术领域。背景技术[0002]人类对以煤炭为主的化石能源消耗的不断增长，导致排放大量的二氧化碳(CO2)温室气体，引发气候变化等全球环境问题，严重影响人类的生存和发展。电催化CO2将其还原为小分子碳氢或碳氧化合物燃料与化学品，因反应条件温和、可控性强、产物选择性高，有望实现绿色可持续的原料‑能源和化学品转化，是同时解决环境问题和能源危机两大难题的有效途径之一。甲酸是电催化CO2还原反应(eCO2RR)常见的产物之一，被广泛应用于生物制药、染料、皮革以及甲酸燃料电池的燃料等领域。[0003]金属铋作为一种价格低廉同时对环境友好的过渡金属，具有和它相邻元素(Sn和Pb)类似的电化学特性，即较大的析氢过电势、较小的CO吸附能、对中间体*OCOH较强的稳定能力，是一种潜在的电催化还原产甲酸的催化剂材料。硫化铋(