本发明专利技术属于纳米复合材料技术领域，涉及一种碳纸负载BiF3的制备方法，包括将氟源分散于DMF中，加入铋源超声分散均匀，转移至高温反应釜，160～180℃溶剂热反应2～4h；所得产物经过滤、洗涤，60℃真空烘干，制得BiF3纳米颗粒；将所制得的BiF3纳米颗粒均匀分散于由去离子水、乙醇和5wt％Nafion 117的混合溶液中，滴加于清洗后的碳纸表面，干燥后即得碳纸负载三氟化铋，并将其应用于电催化二氧化碳。本发明专利技术利用氟掺杂有效控制BiF3颗粒尺寸，均匀活性位点的同时，提高电子传输效率，调控Bi电子结构，从而提高电催化剂还原CO2产甲酸(根)的性能；制备方法易受控制，原料成本低、易得到目标产物，具有较好的电催化还原CO2产甲酸(根)活性。产甲酸(根)活性。产甲酸(根)活性。
【技术实现步骤摘要】
碳纸负载BiF3的制备方法及其应用于电催化CO2
[0001]本专利技术属于纳米复合材料
，涉及碳负载电催化剂，尤其涉及一种碳纸负载 BiF3的制备方法及其应用于电催化CO2。
技术介绍
[0002]当前经济社会促使了工业革命时期化石燃料能源的大规模使用，伴随着能源危机和人为引起的气候变化，比如气候变暖、海水酸化等。从19世纪到21世纪，大气中CO2浓度增加了1.5倍，二氧化碳的急剧排放对全球生态系统造成了不可估量的损害。减少CO2排放或转化CO2为高附加值产品，最终实现碳中和已经成为了科学研究的重点任务。
[0003]目前电催化二氧化碳还原具有装置简单、条件温和以及成本低等优点。然而，CO2是稳定的直线型分子，键能高且不易断裂，还原过程通常在水溶液中伴有析氢反应。动力学缓慢与复杂的多步骤反应过程使得电催化CO2还原的效率、选择性和稳定性有待进一步提高，制备低成本高性能的电催化剂具有重要意义。
[0004]甲酸是一种用途广泛的化工产品，可以直接用作甲酸燃料电池的化学燃料，并且是良好的氢储存材料，是较为理想的目标产物。铋基材料本身具有低成本低毒性的优势，并且对还原CO2产甲酸路径中的反应中间体具有合适的吸附能，采用非金属修饰方式可有效降低析氢效应以及提高电催化性能、改变电子结构、增大活性位点，提高电化学活性面积。有望通过修饰改性，成为优异的产甲酸电催化剂。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是在于提供一种碳纸负载BiF3的制备方法。
[0006]技术方案
[0007]一种碳纸负载BiF3的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将氟源分散于DMF中，加入铋源超声分散均匀，转移至高温反应釜，160～ 180℃溶剂热反应2～4h，优选160℃溶剂热反应4h，所述氟源、铋源和DMF的摩尔体积比为3～5mmoL:1～1.6mmoL:50～150mL，优选3mol:1mol:50mL；
[0009](2)所得产物经过滤、洗涤，60℃真空烘干，制得BiF3纳米颗粒；
[0010](3)将所制得的BiF3纳米颗粒均匀分散于由去离子水、乙醇和5wt％Nafion 117 的混合溶液中，滴加于清洗后的碳纸表面，干燥后即得碳纸负载三氟化铋，其中所述BiF3纳米颗粒与去离子水、乙醇和5wt％Nafion 117的质量体积比为10mg：0.7mL：0.25mL： 0.05mL。
[0011]本专利技术较优公开例中，步骤(1)所述氟源为氟化氢铵、氟化铵、氟化钠、氟化钾等，优选氟化氢铵，所述铋源为氯化铋、硝酸铋等，优选硝酸铋。
[0012]本专利技术较优公开例中，步骤(1)所述超声混合的功率为500～600W，超声混合的时间为20～60min。
[0013]本专利技术较优公开例中，步骤(2)所制得的BiF3纳米颗粒的粒径为50～100nm。
[0014]本专利技术较优公开例中，步骤(3)所述清洗后的碳纸，是将碳纸依次用丙酮与水超声清洗。
[0015]本专利技术还有一个目的，在于公开了所制得的碳纸负载三氟化铋，应用于电催化二氧化碳。
[0016]所述电催化二氧化碳应用包括以下步骤：以铂为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，所制得的负载BiF3的碳纸作为工作电极，碳酸氢钾溶液为电解液，通入二氧化碳使之饱和的条件下进行还原反应。
[0017]所述催化剂的负载量为0.10～0.30mg/cm2，优选0.28mg/cm2。
[0018]所述碳酸氢钾溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，优选为0.5mol/L。
[0019]所述二氧化碳的通入流量为10～20sccm，优选为20sccm。
[0020]还原反应的参数包括：温度为25℃，压力1atm；还原电位
‑
0.8～
‑
1.3V。相对于可逆氢电极；线性扫描伏安曲线(Liner sweep voltammetry，LSV)的电压范围为
‑
0.8～
‑
1.3V，扫速为10mV/s。
[0021]本专利技术在合成过程中由于氟源的存在，能够有效控制BiF3颗粒尺寸，得到均匀的活性位点。采用碳纸作负载基底，催化剂颗粒均匀滴负于上面，有效提高电子转移，提高电子传输效率，调控Bi电子结构并优化材料对CO2的吸附与活化，从而提高电催化剂还原CO2产甲酸(根)的性能。所制备的电催化二氧化碳还原反应用催化剂在大电流密度下，依然具有高选择性。
[0022]如无特殊说明，本专利技术所用原料均市售。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术提供了一种碳负载BiF3颗粒电催化剂及其制备方法并用于电催化还原CO2产甲酸(根)，利用氟掺杂有效控制BiF3颗粒尺寸，均匀活性位点的同时，还可以提高电子传输效率，调控Bi电子结构，从而提高电催化剂还原CO2产甲酸(根)的性能；本专利技术制备方法易受控制，使用原料成本低、易得到目标产物，所得二氧化碳还原电催化剂具有较好的电催化还原CO2产甲酸(根)活性。
附图说明
[0025]图1.实施例1所制备BiF3纳米催化剂X射线衍射图谱；
[0026]图2.实施例1所制备BiF3纳米催化剂的SEM图；
[0027]图3.实施例2所制备BiF3纳米催化剂的SEM图；
[0028]图4.实施例2所制备BiF3纳米催化剂的高分辨透射TEM图；
[0029]图5.实施例3所制备BiF3纳米催化剂的高分辨透射TEM图；
[0030]图6.实施例1
‑
3所制备的BiF3纳米催化剂的电催化二氧化碳还原为一氧化碳的法拉第效率图。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。
[0032]实施例1
[0033]称取0.11g氟化氢铵溶于50ml DMF当中，搅拌并且超声溶液至澄清；取0.97gBi(NO3)3·
5H2O分散在上述溶液中，得到悬浊液；之后超声30分钟。将所得的悬浊液转移至 100mL反应釜内，160℃反应4小时。待室温冷却后，将所得产物离心分离、洗涤、干燥得到粉末。
[0034]实施例2
[0035]称取0.11g氟化氢铵溶于50ml DMF当中，搅拌并且超声溶液至澄清；取1.94gBi(NO3)3·
5H2O分散在上述溶液中，得到悬浊液；之后超声30分钟。将所得的悬浊液转移至 100mL反应釜内，170℃反应3小时。待室温冷却后，将所得产物离心分离、洗涤、干燥得到粉末。
[0036]图1是将实施例1所制备的催化剂通过x射线衍射仪得到的XRD图谱，图中与标准 PDF卡片对比可知实施例1与实施例2的主相为BiF3，无明显杂峰，结晶度好。首先，我们对制备好的卤素修饰Bi纳米片催化剂进行XRD分析以了解其物相组成与结构信息。如图4.1所示，从左到右依次为26.32...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳纸负载BiF3的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氟源分散于DMF中，加入铋源超声分散均匀，转移至高温反应釜，160～180℃溶剂热反应2～4h，所述氟源、铋源和DMF的摩尔体积比为3～5mmoL:1～1.6mmoL:50～150mL；(2)所得产物经过滤、洗涤，60℃真空烘干，制得BiF3纳米颗粒；(3)将所制得的BiF3纳米颗粒均匀分散于由去离子水、乙醇和5wt％Nafion 117的混合溶液中，滴加于清洗后的碳纸表面，干燥后即得碳纸负载三氟化铋，其中所述BiF3纳米颗粒与去离子水、乙醇和5wt％Nafion 117的质量体积比为10mg:0.7mL:0.25mL:0.05mL。2.根据权利要求1所述碳纸负载BiF3的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述将氟源分散于DMF中，加入铋源超声分散均匀，转移至高温反应釜，160℃溶剂热反应4h，所述氟源、铋源和DMF的摩尔体积比为3mol:1mol:5...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈永富，施伟东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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