一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法包括以下步骤：将铋盐、锌盐和2

【技术实现步骤摘要】
一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化
，具体涉及一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]自19世纪工业革命以来，随着化石燃料的过度开发和大规模使用，大气中CO2的浓度大幅增加，引起了许多环境问题(例如：全球变暖、冰川融化、海平面上升等)，且随着全球能源需求的急剧增长，地球上的煤、石油等不可再生化石燃料的消耗很快，按照目前的消耗速度，不久的将来人们将面临严重的能源危机。因此，迫切需要开发可持续、环境友好的能源转换技术以及进行CO2的资源化利用。
[0003]电催化还原CO2制备有用化学品的反应具有反应条件温和、操作简便、容易控制等优点，且还可以利用可再生的太阳能和风能来提供电能，是实现CO2转化的有效途径之一。然而，CO2中的C＝O键非常稳定(C＝O的离解能为803kJ/mol)，断裂难度大，且在电催化过程中还会发生竞争性的水还原析氢反应，因此需要高效的催化剂来促进CO2的电还原过程。
[0004]目前，电催化还原CO2的催化剂按照还原产物可以分为三类：1)还原产物为甲酸或甲酸盐的第一类金属催化剂，包括Sn、Bi、Hg、Pb和In等，Hg和Pb具有很大的毒性，而Sn和In在电解质溶液中容易溶解，稳定性较差；2)还原产物为CO的第二类金属催化剂，包括Au、Ag、Zn和Pd等，这类催化剂的催化活性较高，但由于Au、Ag、Pd等资源稀缺，且价格昂贵，应用受到很大限制；3)还原产物为多碳化合物的第三类金属催化剂Cu，Cu虽然可以将CO2还原为多碳化合物，但产物的选择性较差。综上可知，目前用于电催化还原CO2的催化剂均存在明显的缺陷，难以进行大规模推广应用。
[0005]电催化还原CO2得到的众多产物中，甲酸具有用途多元化、附加价值高、市场需求大等优势，所以电化学还原CO2制备甲酸具有广阔的发展前景。
[0006]因此，开发一种低成本、绿色环保、高活性、高稳定性、适用于电催化还原CO2制甲酸的催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料及其制备方法和应用。
[0008]本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法包括以下步骤：将铋盐、锌盐和2
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甲基咪唑分散在溶剂中，再加入胺类化合物进行反应，再分离出固体产物，即得铋掺杂的锌基金属有机骨架材料。
[0010]优选的，一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法包括以下步骤：将铋盐和锌盐分散在溶剂中，再加入用溶剂预先分散好的2
‑
甲基咪唑，再加入胺类化合物进行反应，过滤，滤得的固体产物进行干燥，即得铋掺杂的锌基金属有机骨架材料。
[0011]优选的，所述铋盐、锌盐、2
‑
甲基咪唑的摩尔比为0.01～1:1:0.5～5。
[0012]进一步优选的，所述铋盐、锌盐、2
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甲基咪唑的摩尔比为0.01～0.05:1:0.7～1.1。
[0013]优选的，所述锌盐、胺类化合物的摩尔比为1:1～10。
[0014]进一步优选的，所述锌盐、胺类化合物的摩尔比为1:1～2。
[0015]优选的，所述铋盐为硝酸铋、硫酸铋、柠檬酸铋铵中的至少一种。
[0016]优选的，所述锌盐为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种。
[0017]优选的，所述胺类化合物为三乙胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二乙醇胺中的至少一种。
[0018]优选的，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种。
[0019]优选的，所述反应在室温(25℃
±
5℃)下进行，反应时间为1min～30min。
[0020]优选的，所述干燥在50℃～70℃下进行，干燥时间为4h～10h。
[0021]一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料，其由上述制备方法制成。
[0022]一种电催化还原CO2制甲酸的方法，采用的催化剂为上述铋掺杂的锌基金属有机骨架材料。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料具有比表面积大、用于电催化还原CO2制甲酸的催化性能优异、稳定性优异等优点，且其制备方法简单、生产成本低、安全环保，适合进行大规模生产应用。
[0024]具体来说：
[0025]1)本专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的比表面积大，可达1000m2/g以上；
[0026]2)本专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料中铋的分布均匀，用于CO2电还原体系可以表现出优异的稳定性；
[0027]3)本专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料用于CO2电还原体系可以表现出优异的甲酸法拉第效率，在
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2.0V vs.Ag/AgCl的电位下，甲酸的法拉第效率高达97.5％；
[0028]4)本专利技术的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法快速、简单易行，原材料来源广泛且价格低廉，对设备要求低，制备过程可控、环保、无强酸强碱产生，易于实现产品的大批量制备，应用前景广阔。
附图说明
[0029]图1为实施例1～4的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的SEM图。
[0030]图2为实施例1～4的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料和对比例1的锌基金属有机骨架材料的XRD图。
[0031]图3为实施例1～4的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的等温氮气吸
‑
脱附曲线。
[0032]图4为实施例2的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料和的元素面扫描谱图。
[0033]图5为实施例5的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的XRD图。
[0034]图6为实施例6～7的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的XRD图。
[0035]图7为实施例6的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的XPS图。
[0036]图8为实施例7的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的局部XRD图。
[0037]图9为实施例8～11的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的XRD图。
[0038]图10为对比例1的锌基金属有机骨架材料的SEM图。
[0039]图11为对比例1的锌基金属有机骨架材料的等温氮气吸
‑
脱附曲线。
[0040]图12为实施例1～4的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料在不同电位下电催化还原CO2的性能图。
[0041]图13为对比例1的锌基金属有机骨架材料在不同电位下电催化还原CO2的性能图。
[0042]图14为实施例2和实施例5～7的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料在不同电位下电催化还原CO2的性能图。
[0043]图15为实施例6的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料在恒电位条件下电催化还原CO2的稳定性测试结果图。
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铋盐、锌盐和2
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甲基咪唑分散在溶剂中，再加入胺类化合物进行反应，再分离出固体产物，即得铋掺杂的锌基金属有机骨架材料。2.根据权利要求1所述的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于：所述铋盐、锌盐、2
‑
甲基咪唑的摩尔比为0.01～1:1:0.5～5。3.根据权利要求1或2所述的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于：所述锌盐、胺类化合物的摩尔比为1:1～10。4.根据权利要求1或2所述的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于：所述铋盐为硝酸铋、硫酸铋、柠檬酸铋铵中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的铋掺杂的锌基金属有机骨架材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红娟，冯杏彬，杨希贤，吴芳沥，余皓，曹永海，彭峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：