一种原位合成卤素修饰银纳米催化剂的方法及其电催化还原二氧化碳研究技术

本发明专利技术公开了一种原位合成卤素修饰银纳米催化剂的方法及其电催化还原二氧化碳研究。本发明专利技术首先采用沉淀法合成了AgX(X=Cl,Br,I)纳米颗粒前驱体，通过在ECR条件下原位还原AgX(X=Cl,Br,I)纳米颗粒，形成了X

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成卤素修饰银纳米催化剂的方法及其电催化还原二氧化碳研究


[0001]本专利技术属于电催化还原二氧化碳领域，具体涉及一种卤素修饰银纳米催化剂的原位合成方法，及其在电催化还原二氧化碳领域的性能应用。

技术介绍

[0002]电催化二氧化碳（CO2）还原（ECR）被认为是最有应用前景的CO2资源化利用方式之一。然而，ECR技术仍然存在许多需要解决的难题，如析氢竞争反应影响较大、反应所需的过电位较高、产物选择性有待提高以及还原产物的高法拉第效率（FE）和大电流密度（j）难以兼顾等。采取有效的催化剂设计策略是解决上述问题的关键。
[0003]贵金属催化剂与其他类型催化剂相比具有低电压下选择性高、合成方法简单温和以及适合稳定生产等优点。金属Ag作为一种有效的ECR催化剂受到了广泛的关注，在贵金属催化剂（如Au、Ag和Pd等）中，Ag的成本明显低于其他金属，因此在精细控制下可以实现Ag催化剂的大规模应用。更重要的是，Ag的d轨道电子的可用性高，更有利于还原产物一氧化碳（CO）的生成，因此Ag具有较好的ECR活性和选择性。
[0004]研究发现，卤素阴离子修饰在Ag纳米材料表面可以调节催化剂的结构和电子性能从而提高材料的催化活性。通过原位电解AgBr微球可以合成Br
‑
吸附的珊瑚状多孔微球，大大提高了ECR的活性。然而，在现有对卤素阴离子吸附Ag纳米材料ECR的研究中，通常只探究了一种卤素阴离子吸附Ag催化剂对电催化反应活性的影响，因此不同卤素阴离子的吸附对ECR性能的影响还需要进一步研究。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术首先采用沉淀法合成了AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒前驱体，通过在ECR条件下原位还原AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒，形成了X
‑ (X = Cl, Br, I)修饰Ag（Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I）纳米催化剂。Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂均表现出良好的电催化还原CO2为CO的性能，可实现CO2的高效转化，有较好的应用前景。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：步骤1：将AgNO3和NaX (X = Cl, Br, I)溶于溶剂中，通过沉淀反应形成AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒；步骤2：对步骤1所得混合悬浊液依次进行洗涤和干燥，制得AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒粉末；步骤3：将步骤2所得到的AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒粉末均匀分散至有机溶剂中，滴涂至导电碳纸（CP）上制备AgX (X = Cl, Br, I)/CP工作电极；步骤4：将步骤3所制备的工作电极于ECR条件下进行电解，原位合成Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂。
[0007]进一步限定，步骤1中的沉淀反应需以甘油作为溶剂，在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的
辅助下完成；所述的沉淀反应需在持续搅拌下进行；进一步限定，所述的沉淀反应温度为80℃，反应时间为2小时；进一步限定，步骤2中所述洗涤为分别使用去离子水和乙醇进行洗涤；所述的干燥温度为60℃；进一步限定，步骤3中制备AgX (X = Cl, Br, I)/CP工作电极时应采用移液枪，少量、多次且均匀的将AgX (X = Cl, Br, I)分散液滴涂至CP上；进一步限定，步骤4中所述的ECR条件，应选用H型电解池，阴极电解质处于CO2饱和状态，采用三电极体系，AgX (X = Cl, Br, I)/CP作为工作电极，在还原电势下进行电解。
[0008]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1. 本专利技术以AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒为前驱体，在常温常压下于ECR条件下经原位还原合成了Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂；2. 电解过程简单而温和，只需要施加较低的电压，避免了先前方法中氧化Ag箔所需的较高电压和较长时间；3. 所制备的Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂表现出较好的电催化还原CO2为CO的活性和选择性，具有很好的应用前景。
附图说明
[0009]图1是本专利技术制得的Ag
‑
Cl纳米催化剂于CO2或N2饱和的0.5 M KHCO3阴极电解质中的线性扫描伏安（LSV）曲线对比图；图2是本专利技术制得的Ag
‑
Br纳米催化剂于CO2或N2饱和的0.5 M KHCO3阴极电解质中的LSV曲线对比图；图3是本专利技术制得的Ag
‑
I纳米催化剂于CO2或N2饱和的0.5 M KHCO3阴极电解质中的LSV曲线对比图；图4是本专利技术制得的Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂于不同电位下电解1小时还原产物CO法拉第效率（FE
CO
）的对比图。误差棒表示基于三次测量的标准偏差。
具体实施方式
[0010]以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。除特别说明，本专利技术使用的仪器和试剂均为本
的常规市购产品。
[0011]本专利技术中，Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I纳米催化剂的制备包括：AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒的合成、AgX (X = Cl, Br, I)/CP工作电极的制备以及Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I的原位形成。
[0012]称取一定量的AgNO3和PVP溶解于甘油中，搅拌至溶液澄清，得到溶液A。其中Ag源必须为AgNO3。
[0013]称取一定量的NaX (X = Cl, Br, I)溶解于5 mL去离子水中得到溶液B。其中卤素的来源必须为NaX (X = Cl, Br, I)。
[0014]在搅拌下将溶液B添加到溶液A中，继续搅拌进行反应，得到混合悬浊液。其中，搅拌过程应在80℃下进行，继续搅拌进行反应的时间为2小时。
[0015]反应结束后，冷却至室温，将所得沉淀反应产物离心分离、洗涤并干燥得到产物AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒粉末。
[0016]取一定量AgX (X = Cl, Br, I)粉末，制备AgX (X = Cl, Br, I)/CP工作电极，主要过程为：称取合成的AgX (X = Cl, Br, I)粉末，分散在由异丙醇和Nafion的异丙醇溶液组成的混合溶液中，超声处理得到分散均匀的催化剂溶液。其中，超声混合的功率为35 W，超声混合的时间为30分钟。利用移液枪将催化剂溶液均匀地滴涂在CP表面，待其干燥后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位合成卤素修饰银纳米催化剂的方法及其电催化还原二氧化碳研究，其特征在于，由如下步骤制备得到：a. 合成AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒粉末将1.0 mmol AgNO3和216 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于溶剂中得到溶液A，将1.1 mmol NaX (X = Cl, Br, I)溶解于5 mL去离子水中得到溶液B。搅拌下将溶液B添加到溶液A中，继续搅拌反应。对所述混合物依次进行洗涤和干燥得到白色AgCl粉末、黄色AgBr和AgI粉末；b. 制备AgX (X = Cl, Br, I)/导电碳纸（CP）工作电极将所得到的AgX (X = Cl, Br, I)纳米颗粒粉末均匀分散至有机溶剂中，采用移液枪少量、多次且均匀的滴涂至CP上制备AgX (X = Cl, Br, I)/CP工作电极；c. 原位合成X
‑ (X = Cl, Br, I)修饰Ag（Ag
‑
Cl、Ag
‑
Br和Ag
‑
I）纳米催化剂将所制备的工作电极于ECR条件下进行电解，原位合成Ag
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红，辛世贤，李增喜，
申请(专利权)人：滨州魏桥国科高等技术研究院，
类型：发明
国别省市：