一种平板银原位形成的纳米银电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种平板银原位形成的纳米银电极，按如下方法制备得到：以经过预处理的平板银基体材料为阳极，铂片为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，于电解液中经20～30℃恒温多电流阶跃脉冲氧化形成Ag

A silver electrode in situ formed by plate silver and its preparation and Application

The present invention provides nano silver electrode to form a silver plate in situ, prepared according to the following method: through the flat silver matrix material pretreatment as anode and platinum sheet as cathode and a saturated calomel electrode as the reference electrode in the electrolyte by 20 to 30 DEG C temperature multiple current step pulse oxidation to form Ag

【技术实现步骤摘要】
一种平板银原位形成的纳米银电极及其制备方法与应用(一)
本专利技术涉及一种平板银原位形成的纳米银电极及其制备方法，以及在电催化还原CO2中的应用。(二)
技术介绍
过去100年里，化石燃料为科技和经济进步做出了巨大贡献。然而由于自然资源有限，我们即将面临严重的能源危机。据能源信息管理局预计，能源消费将从2006年的500千兆Btu增长到2030年的701.6千兆Btu，以平均每年1.1％的速度增长。另一方面，2001年政府间气候变化专门委员会的研究数据显示，大气中CO2的浓度从1750年的280ppmv增长到1999年的367ppmv，其增长速度为1.5ppmv/年。释放出的CO2中，大约57％排放到大气，剩下的则排放到海洋，从而导致一系列环境问题，如全球平均温度升高，冰川融化，海平面上升等。尽管CO2排放量增加会加剧温室效应导致一系列环境问题，但它本身也是一种潜在的含碳原材料。大量研究者尝试各种方法将CO2转化为可供人类使用的能源，以减少其在大气中的含量并缓解能源危机。鉴于电能可以通过可再生能源如太阳能、风能和潮汐能产生，无需额外的化石燃料燃烧，因此受到人们广泛关注。电催化还原CO2是一种有效方式，然而CO2热力学稳定，活化CO2分子所需的能量高，因此研究高性能的电极材料提高电催化还原性能从而高效还原CO2是当前热门的课题。(三)
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于CO2电催化还原的由平板银原位形成的纳米银电极及其制备方法。本专利技术利用多电流阶跃脉冲，先在平板银电极表层原位氧化形成Ag+层，再通过电化学方法将原位形成的Ag+层还原为单质Ag，制得的电极表面为纳米银，表面活性位增加，起始电位更早，还原CO2活性和选择性高、寿命长。本专利技术采用的技术方案是：一种平板银原位形成的纳米银电极，按如下方法制备得到：(1)多电流阶跃Ag+层：以经过预处理的平板银基体材料为阳极，铂片为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，于电解液A中经20～30℃恒温多电流阶跃脉冲氧化形成Ag+层，制得Ag+/Ag电极，用N2吹干，备用；所述电解液A为由NaCl溶于水中配制而成的浓度为0.05～0.5mol/L(优选0.1mol/L)的溶液；所述多电流阶跃脉冲的电流范围为15～75mA至0mA，其中15～75mA阶跃时间0.1～0.4s，0mA阶跃时间0.1～0.4s，阶跃次数5000～15000次；所述平板银基体材料预处理的方法为：将平板银基体材料用砂纸打磨至光滑，然后依次置于丙酮溶液、去离子水中超声10～20min，以除去材料表面的油污；(2)电还原Ag+层：以步骤(1)制得的Ag+/Ag电极为阴极，铂片为阳极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解液B中经20～30℃恒温、-25～-100mA恒电流还原10～30min，得到纳米银电极，用N2吹干；所述电解液B为由NaCl溶于水中配制而成的浓度为0.1～0.5mol/L(优选0.1mol/L)的溶液。本专利技术所述“电解液A”、“电解液B”没有特殊的含义，标记为“A”、“B”只是用于区分不同操作步骤中用到的电解液。本专利技术所述纳米银电极可应用于电催化还原CO2，所述应用采用如下装置(如图1所示)：所述装置由H型反应器1、电化学工作站2、磁力搅拌器3、恒温水槽4组成；所述H型反应器1包括阴极池1-3、阳极池1-5；所述阴极池1-3中设有阴极1-1、参比电极1-6，且存放有阴极液；所述阳极池1-5中设有阳极1-2，且存放有阳极液；所述阴极池的顶部用橡胶塞密封以防止气体的损失，所述阴极池上方设有取样口1-7；所述阳极池与空气连通；所述阴极池与阳极池侧方设有连接通道，所述连接通道内设有阳离子交换膜(Nafion117)1-4将阴极液和阳极液分隔；所述应用的方法为：以本专利技术纳米银电极为阴极、铂电极为阳极、饱和甘汞电极为参比电极，阴极液为CO2饱和的0.1mol/LKHCO3水溶液，阳极液为0.5mol/LNaOH水溶液，在磁力搅拌、室温(20～30℃)恒温、还原电位为-1.1～-2V条件下用恒电位法还原CO2，定时取阴极池中的气相和液相产物进行分析。本专利技术的有益效果主要体现在：纳米银电极制备工艺简单易控，不需外加金属离子便可在平板银电极上原位生成纳米银层，大大提高了电极粗糙因子，增加反应活性位。利用制备的纳米银电极可将CO2还原为CO，还原CO2生成CO的电流效率和电流密度大大增加，活性和稳定性提高。(四)附图说明图1：本专利技术纳米银电极电催化还原CO2的实验装置图。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1(1)银原位形成的纳米银电极制备方法：a、电极预处理：首先将厚0.5mm的平板银基体剪成2cm×2cm大小，将裁剪好的银电极依次经1000#和2000#砂纸打磨至光滑后用去离子水冲洗，随后依次置入丙酮、去离子水中超声10min，以除去表面的油污；最后，将预处理后的平板银用N2吹干；b、多电流阶跃Ag+层：以步骤a制得的银电极为阳极，等面积的铂片(2cm×2cm)为阴极，饱和甘汞电极作为参比，置于电解液中恒温多电流阶跃脉冲氧化形成Ag+层，控制电镀液温度为25℃，多电流阶跃电流为50mA至0mA，其中50mA阶跃时间0.2s，0mA阶跃时间0.2s，阶跃次数10000次，总阶跃时间4000s，制得纳米银电极。所述电解液为0.1mol/LNaCl，溶剂为水。具体配制时取NaCl2.93g溶于500ml水中，每次电镀取125ml使用，将制备的Ag+/Ag电极用N2吹干；c、电还原Ag+层：以步骤b制得Ag+/Ag电极为阴极，等面积的铂片作为阳极，饱和甘汞电极作为参比，置于电解液中恒温、恒电流还原得到纳米银电极，控制电解液温度为25℃，恒电流为-50mA，还原时间20min。所述的电解液为0.1mol/LNaCl，溶剂为水，具体配制时取NaCl2.93g溶于500ml水中，每次取125ml使用，将制备的纳米银电极用N2吹干。(2)以上述步骤(1)制备的电极为阴极，铂电极为阳极，饱和甘汞电极为参比，电极面积均为2cm×2cm，阳极液是0.5mol/LNaOH溶液，反应体积150ml，阴极液是CO2饱和的0.1mol/LKHCO3溶液，反应体积为100ml，用磁力搅拌器不断搅拌，电解液温度用恒温水浴槽控制为25℃，还原电位为-1.9V。同时，定时取气相和液相产物进行分析，具体装置图如图1。纳米银电极电化学还原CO21h后CO法拉第电流效率(FE)达到最高值为90.23％。实施例2纳米银电极的制备操作除步骤b中NaCl用量为14.65g(0.5mol/L)外，其余操作均与实施例1步骤(1)相同。采用以上制备的纳米银电极为阴极，其余操作如实施例1步骤(2)，-1.9V电位还原CO21h后CO法拉第电流效率达到最高值为90.73％。实施例3纳米银电极的制备操作除多电流阶跃Ag+层时阶跃电流50mA阶跃时间改为0.1s，0mA阶跃时间为0.1s外，其余操作均与实施例1步骤(1)相同。采用以上制备的纳米银电极为阴极，其余操作如实施例1步骤(2)，-1.9V电位还原CO21h后CO法拉第电流效率达到最高值为89.38％。实施例4纳米银电极的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板银原位形成的纳米银电极，其特征在于，所述纳米银电极按如下方法制备得到：(1)多电流阶跃Ag

【技术特征摘要】
1.一种平板银原位形成的纳米银电极，其特征在于，所述纳米银电极按如下方法制备得到：(1)多电流阶跃Ag+层：以经过预处理的平板银基体材料为阳极，铂片为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，于电解液A中经20～30℃恒温多电流阶跃脉冲氧化形成Ag+层，制得Ag+/Ag电极，用N2吹干，备用；所述电解液A为由NaCl溶于水中配制而成的浓度为0.05～0.5mol/L的溶液；所述多电流阶跃脉冲的电流范围为15～75mA至0mA，其中15～75mA阶跃时间0.1～0.4s，0mA阶跃时间0.1～0.4s，阶跃次数5000～15000次；(2)电还原Ag+层：以步骤(1)制得的Ag+/Ag电极为阴极，铂片为阳极，饱和甘汞电极为参比电极，置于电解液B中经20～30℃恒温、-25～-100mA恒电流还原10～30min，得到纳米银电极，用N2吹干；所述电解液B为由NaCl溶于水中配制而成的浓度为0.1～0.5mol/L的溶液。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爽，魏榕飞，何志桥，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33