CN114749674B - 原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 - Google Patents
原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114749674B CN114749674B CN202210442581.9A CN202210442581A CN114749674B CN 114749674 B CN114749674 B CN 114749674B CN 202210442581 A CN202210442581 A CN 202210442581A CN 114749674 B CN114749674 B CN 114749674B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth
- dimensional
- preparing
- reduction
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 claims description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 24
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 9
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 7
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical group Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- QYIGOGBGVKONDY-UHFFFAOYSA-N 1-(2-bromo-5-chlorophenyl)-3-methylpyrazole Chemical compound N1=C(C)C=CN1C1=CC(Cl)=CC=C1Br QYIGOGBGVKONDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- GACUIHAEKGVEIC-UHFFFAOYSA-L [Bi+2]=O.C([O-])([O-])=O Chemical compound [Bi+2]=O.C([O-])([O-])=O GACUIHAEKGVEIC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- OGCYGKRWXWQOAK-UHFFFAOYSA-N oxobismuthanyl nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Bi]=O OGCYGKRWXWQOAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 abstract description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000000047 product Substances 0.000 description 15
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- -1 silylene, germylene Chemical group 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000014 Bismuth subcarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- FWIZHMQARNODNX-UHFFFAOYSA-L dibismuth;oxygen(2-);carbonate Chemical compound [O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3].[O-]C([O-])=O FWIZHMQARNODNX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- GKTNLYAAZKKMTQ-UHFFFAOYSA-N n-[bis(dimethylamino)phosphinimyl]-n-methylmethanamine Chemical compound CN(C)P(=N)(N(C)C)N(C)C GKTNLYAAZKKMTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 description 1
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000001507 sample dispersion Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
- B22F9/22—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds using gaseous reductors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/01—Products
- C25B3/07—Oxygen containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/25—Reduction
- C25B3/26—Reduction of carbon dioxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种原位限域还原‑生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,将生长在基底晶体上的氧化铋纳米薄片在二维空间下进行原位限域还原,氧化铋由氢气还原并在二维空间进行生长,由于生长空间限域在二维空间,所得到的低熔点的铋在600℃高温下仍不会团聚,制得一维铋纳米带。本发明基于原位限域还原‑生长策略,能够高效大量制备一维铋纳米带,且解决了低熔点的铋在高温下易团聚、难以制备的问题,实现的铋纳米带结构稳定与催化性能稳定的目标。
Description
技术领域
本发明属于低维铋基纳米材料制备领域,具体是一种原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法。
背景技术
化石燃料的大量使用导致大气中的CO2浓度不断升高,地球的生态环境遭到严重破坏。电催化CO2还原在可再生能源(如风能、水能、太阳能等)的驱动下,将CO2转化成具有高附加值的能源燃料和化工产品,不仅能够有效减少大气中CO2的浓度,还能实现全球碳资源的循环利用,是一种公认的高效、绿色环保的方式。其中甲酸盐(或甲酸)是一种最常见的液体产品之一,是工业过程中一种重要的中间体。而高性能电催化剂是实现高效转化CO2为甲酸盐的关键。
将CO2电还原为甲酸的众多催化剂中,铋基催化剂因其成本低、析氢活性差以及高的甲酸选择性得到人们的广泛研究。金属铋具有类石墨烯的层状结构,层间为弱的范德华力,因此可以减薄至少层或单层结构,大的表面积以及良好的电化学活性使其成为一种高效的能量转换电催化剂。此外,二维铋的空气稳定性优于硅烯、锗烯、磷烯和砷烯,这可以实现更多的实际应用。但铋的熔点较低,制备低维铋基材料具有一定的挑战,因此,实现高效可控制备低维铋基催化剂能够有效提升其催化活性以及稳定性。目前,低维铋基纳米材料的制备主要有液相剥离、溶剂热以及电化学还原等方法,但由于其产率低,性能不稳定等仍不能满足当前需求。因此,开发一种简单高效的方法制备低维铋基催化剂,使其具有高活性以及高稳定性仍充满挑战。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法。
本发明解决所述技术问题的技术方案是,提供一种原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)对物质A进行重结晶作为氧化铋生长的基底,将铋盐溶于溶剂A制备铋盐溶液;再将重结晶后的物质A与铋盐溶液混合搅拌均匀,得到混合液;再对混合液进行干燥,得到粉末;
所述物质A为熔点高于铋盐的分解温度,且与铋盐溶液混合后能够维持其晶体形貌的物质;
所述铋盐为能够高温分解的铋盐;
所述溶剂A为能够溶解铋盐且不溶解物质A的溶剂;
(2)将步骤(1)得到的粉末进行退火处理,使得铋盐分解为氧化铋;再除去多余的物质A,干燥后得到氧化铋纳米薄片;
(3)将步骤(2)得到的氧化铋纳米薄片在氩气与氢气的混合气体中进行高温还原反应,得到铋纳米带。
与现有技术相比,本发明有益效果在于:
(1)本发明基于原位限域还原-生长策略,将生长在基底晶体上的氧化铋纳米薄片在二维空间下进行原位限域还原,氧化铋由氢气还原并在二维空间进行生长,由于生长空间限域在二维空间,所得到的低熔点的铋在600℃高温下仍不会团聚,制得一维铋纳米带。
(2)本发明能够高效大量制备一维铋纳米带,解决低维铋基催化剂产率低的问题。
(3)基于氧化铋纳米薄片所提供的二维限域生长空间,解决低熔点的铋在高温下易团聚、难以制备的问题。
(4)通过高温制备的一维铋纳米带能在电催化环境下维持稳定的结构和性能,实现铋纳米带稳定且高活性的电催化性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铋纳米带的XRD图;
图2为本发明实施例1制备的铋纳米带的低倍TEM图;
图3为本发明实施例1制备的铋纳米带的高倍TEM图;
图4为本发明图3的白色方框部分的傅里叶变换图;
图5为本发明实施例1制备的铋纳米带的拉曼光谱图;
图6为本发明实施例1制备的铋纳米带在电催化CO2还原过程的长时间电流密度图;
图7为本发明实施例1制备的铋纳米带电催化CO2的还原产物甲酸盐的核磁氢谱图;
图8为本发明实施例1制备的铋纳米带电催化CO2的还原产物甲酸盐的法拉第效率图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明,不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法(简称方法),其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)对物质A进行重结晶作为氧化铋(Bi2O3)生长的基底,将铋盐溶于溶剂A制备均相的铋盐溶液;再将重结晶后的物质A与铋盐溶液混合搅拌均匀,得到混合液;再对混合液进行干燥以除去溶剂A(优选真空干燥,同时防止铋盐吸潮水解),得到粉末;
优选地,步骤(1)中,所述物质A为熔点高于铋盐的分解温度,且与铋盐溶液混合后能够维持其晶体形貌(即不与铋盐反应且不溶于溶剂A)的物质,具体为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、氯化镁或硫酸镁;
优选地,步骤(1)中,所述铋盐为能够高温分解的铋盐,具体为硝酸铋、碳酸氧铋、乙酸铋、硝酸氧铋或氯化铋;
优选地,步骤(1)中,所述溶剂A为能够溶解铋盐且不溶解物质A的溶剂,具体为乙二醇、乙醇或异丙醇;
优选地,步骤(1)中,混合搅拌的时间为0.5~3h;真空干燥工艺是:在60~90℃下真空干燥5~12h。
优选地,步骤(1)中,所用物质A、铋盐以及溶剂A为商业化产品;物质A的重结晶尺寸为5~20μm(优选10μm)。
优选地,步骤(1)中,铋盐与物质A的质量比为1~5:100(优选3:100)。
(2)将步骤(1)得到的粉末进行退火处理,使得铋盐分解为氧化铋;再除去多余的物质A,烘干后得到氧化铋纳米薄片;
优选地,步骤(2)具体是:将步骤(1)得到的粉末进行退火处理,使得铋盐分解为氧化铋;再冷却至室温后,用水洗去多余的物质A,干燥后得到浅黄色氧化铋纳米薄片;
优选地,步骤(2)中,退火温度为500~600℃,退火时间为30~60min;
(3)将步骤(2)得到的氧化铋纳米薄片在氩气与氢气的混合气体中进行高温还原反应,得到铋纳米带。
优选地,步骤(3)具体是:将步骤(2)得到的氧化铋纳米薄片在氩气与氢气的混合气体中在常压下进行高温还原反应;反应结束,自然冷却至室温后,得到灰黑色的铋纳米带。更具体是:将氧化铋纳米薄片放入耐高温且不与薄片反应的容器(优选瓷舟)中,再放入常压密闭的管式炉的热中心,并用1Pa的基础压力吹扫以去除空气;然后在常压下,在流量恒定的氩气与氢气的混合气体的气流下将管式炉升温至400~600℃,进行高温还原反应5~40min;反应结束,自然冷却至室温后,得到灰黑色的铋纳米带。
优选地,步骤(3)中,还原反应温度为400~600℃,反应时间为5~40min。
优选地,步骤(3)中,氩气(Ar)的流量为200~300sccm,氢气(H2)的流量10~30sccm。
优选地,步骤(3)中,混合气体中,H2的体积含量为5~20%。
优选地,步骤(3)中,使用氢气进行还原能够排除其他物质的干扰,避免对还原反应造成其他影响。
实施例1
(1)将氯化钠溶于水形成饱和溶液,再滴加无水乙醇,对氯化钠进行重结晶;将0.6g硝酸铋溶于乙二醇中制备的硝酸铋溶液;再取20g重结晶的氯化钠粉末与10mL硝酸铋溶液进行混合,搅拌3h;混合均匀后在80℃下真空干燥6h,得到粉末;
(2)将步骤(1)得到的粉末在500℃的空气气氛中进行退火处理30min,再自然冷却到室温后,洗去样品中的氯化钠,将样品分散液在60℃下进行干燥,得到氧化铋纳米片;
(3)将步骤(2)得到的氧化铋纳米片在恒定流量的H2/Ar的混合气体中在600℃下进行高温还原,还原时间为40min,氩气的流量为270sccm,氢气的流量为30sccm;反应结束后,自然降至室温,得到铋纳米带。
由图1可以看出,所得产物的主要衍射峰与标准Bi的PDF(44-1246)卡片很好对应。
由图2可以看出,带状铋纳米材料的宽度大约为200~300nm。由图3可以看出,铋纳米带晶面间距为0.197nm,对应Bi(113)晶面。由图4可以看出,图中的衍射点也能够对应Bi(113)晶面。
由图5可以看出,图中Eg和A1g峰为Bi的特征拉曼峰。
将实施例1制备的铋纳米带用于电催化CO2还原制备甲酸盐,具体步骤如下:
(1)将铋纳米带分散到无水乙醇中,加入少量nafion溶液,超声分散均匀后,滴涂到疏水碳纸上进行干燥,负载量为1mg·cm-2,用作阴极;铂片用作阳极,饱和甘汞电极用作参比电极;
(2)电化学测试时,以0.5mol/L的碳酸氢钾作为电解液,测试过程中不断通入CO2气体形成饱和溶液,在-0.7~-1.2V电压下进行电化学还原CO2制备甲酸盐;测试过程中利用在线气相色谱进行气体产物的检测;
(3)反应结束后,收集电解液利用核磁氢谱进行液相产物的检测。
所述电催化CO2还原的电化学(时间-电流)测试如图6所示,由图6可以看出,在-1.17V电压下,催化剂能够在约50mA·cm-2的CO2还原电流密度下稳定运行超过100h,说明所制备的催化剂具有良好的电催化稳定性。
由图7可以看出,经过2h反应后,有明显的甲酸产物特征峰出现,并且无其它产物峰。
由图8可以看出,甲酸的法拉第效率在宽的电压窗口下维持较高的水平,说明所制备催化剂对甲酸合成具有优异的选择性。
实施例2~5
与实施例1不同在于:改变步骤(1)中硝酸铋的质量为0.2g、0.4g、0.8g和1.0g,其他与实施例1相同。
实施例2~5所得的产品测试后有明显的甲酸特征峰,并且无其他产物的特征峰,说明所制备的催化剂对甲酸的合成具有良好的选择性。
实施例6~9
与实施例1不同在于:改变步骤(3)中还原时间为5min、10min、20min和30min,其他与实施例1相同。
实施例6~9所得的产品测试后有明显的甲酸特征峰,并且无其他产物的特征峰,说明所制备的催化剂对甲酸的合成具有良好的选择性。
实施例10~13
与实施例1不同在于:改变步骤(3)中还原温度为400℃、450℃、500℃和550℃,其他与实施例1相同。
实施例10~13所得的产品测试后有明显的甲酸特征峰,并且无其他产物的特征峰,说明所制备的催化剂对甲酸的合成具有良好的选择性,甲酸法拉第效率分别为60.6%、67.6%、73.5%和69%。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (7)
1.一种原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)对物质A进行重结晶作为氧化铋生长的基底,将铋盐溶于溶剂A制备铋盐溶液;再将重结晶后的物质A与铋盐溶液混合搅拌均匀,得到混合液;再对混合液进行干燥,得到粉末;
所述物质A为熔点高于铋盐的分解温度,且与铋盐溶液混合后能够维持其晶体形貌的物质;所述物质A为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、氯化镁或硫酸镁;
所述铋盐为能够高温分解的铋盐;所述铋盐为硝酸铋、碳酸氧铋、乙酸铋、硝酸氧铋或氯化铋;
所述溶剂A为能够溶解铋盐且不溶解物质A的溶剂;所述溶剂A为乙二醇、乙醇或异丙醇;
(2)将步骤(1)得到的粉末进行退火处理,使得铋盐分解为氧化铋;再除去多余的物质A,干燥后得到氧化铋纳米薄片;
(3)将步骤(2)得到的氧化铋纳米薄片在氩气与氢气的混合气体中进行高温还原反应,还原反应温度为400~600℃,得到铋纳米带。
2.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(1)中,混合搅拌的时间为0.5~3h;干燥采用真空干燥,工艺是:在60~90℃下真空干燥5~12h。
3.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(1)中,铋盐与物质A的质量比为1~5:100。
4.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(2)中,退火温度为500~600℃,退火时间为30~60min。
5.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(3)中,还原反应时间为5~40min。
6.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(3)中,氩气的流量为200~300sccm,氢气的流量10~30sccm。
7.根据权利要求1所述的原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法,其特征在于,步骤(3)中,混合气体中,H2的体积含量为5~20%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210442581.9A CN114749674B (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210442581.9A CN114749674B (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114749674A CN114749674A (zh) | 2022-07-15 |
CN114749674B true CN114749674B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=82333831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210442581.9A Active CN114749674B (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114749674B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160088461A (ko) * | 2015-01-15 | 2016-07-26 | 포항공과대학교 산학협력단 | 수처리용 나노 입자 및 그 제조 방법 |
CN110970187A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | Tdk 株式会社 | 钐-铁-铋-氮系磁铁粉末和钐-铁-铋-氮系烧结磁铁 |
CN111084882A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-01 | 中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所 | 一种二维纳米复合材料、其制备方法及其应用 |
CN112054215A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-08 | 深圳大学 | 一种基于全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法 |
CN112951612A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 同济大学 | 一种氧化铋负极的水系钠离子电池电容混合器件及其制备方法 |
-
2022
- 2022-04-25 CN CN202210442581.9A patent/CN114749674B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160088461A (ko) * | 2015-01-15 | 2016-07-26 | 포항공과대학교 산학협력단 | 수처리용 나노 입자 및 그 제조 방법 |
CN110970187A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | Tdk 株式会社 | 钐-铁-铋-氮系磁铁粉末和钐-铁-铋-氮系烧结磁铁 |
CN113539599A (zh) * | 2018-09-28 | 2021-10-22 | Tdk 株式会社 | 钐-铁-铋-氮系磁铁粉末和钐-铁-铋-氮系烧结磁铁 |
CN111084882A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-01 | 中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所 | 一种二维纳米复合材料、其制备方法及其应用 |
CN112054215A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-08 | 深圳大学 | 一种基于全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法 |
CN112951612A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 同济大学 | 一种氧化铋负极的水系钠离子电池电容混合器件及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114749674A (zh) | 2022-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107020075B (zh) | 二氧化碳电化学还原单质铋催化剂及其制备和应用 | |
CN110172711A (zh) | 铜基三维自支撑电催化材料及其制备方法和应用 | |
CN110560075B (zh) | 一种核壳结构的纳米Cu-Eu合金催化剂及其制备方法和应用 | |
CN112481656B (zh) | 高选择性电催化甘油氧化转化产甲酸和高效电解水产氢的双功能催化剂及其制备方法与应用 | |
CN103920490A (zh) | 一种无表面活性剂的铂纳米立方块催化剂及其制备方法 | |
CN113481004A (zh) | 一种碳点及其制备方法和应用 | |
CN115305480A (zh) | 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 | |
CN108579818A (zh) | 固体聚合物电解质水电解膜电极催化剂浆料的制备方法 | |
CN110629248A (zh) | 一种Fe掺杂Ni(OH)2/Ni-BDC电催化剂的制备方法 | |
CN114749674B (zh) | 原位限域还原-生长制备一维铋纳米带电催化剂的方法 | |
CN110354870B (zh) | 一种高性能的银掺杂的硫化钴析氧催化剂的制备方法及其应用 | |
CN117230475A (zh) | 一种Ni、Mn双金属电催化剂的制备方法及其小分子电氧化应用 | |
CN109908887B (zh) | 一种微氧化导电炭黑担载纳米金属铋催化剂及其应用 | |
CN114855210B (zh) | 一种熔融盐法原位合成碳基单原子纳米片及其制备方法和应用 | |
CN114086202B (zh) | 一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂 | |
CN114420950B (zh) | 一种ZIF-8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用 | |
CN114990630A (zh) | 基于zif-67衍生的空心双金属mof/氮掺杂碳复合材料电催化剂制备方法及其应用 | |
CN114540882A (zh) | 具有丰富活性位点的金属铋纳米片及其制备方法和应用 | |
CN115490258A (zh) | 一种氧化铜纳米片催化剂及制备方法以及在二氧化碳和一氧化碳电催化还原中的应用 | |
CN116750794A (zh) | 一种制备二维硫化铋催化剂的高温气相硫化方法 | |
CN115011976B (zh) | 一种铅-铟双金属催化剂及其制备方法和应用 | |
CN114976077B (zh) | 一种亚-2 nm超小Pt纳米立方块阵列及其制备方法与应用 | |
CN114635153B (zh) | 一种富含缺陷的铜基纳米催化剂及其制备方法与应用 | |
CN112850662B (zh) | 一种强耦合层状二硒化钴及其制备方法、在电催化氧还原反应制备双氧水中的应用 | |
CN114875430B (zh) | 一种石墨基双功能电合成双氧水催化材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |