一种锑掺杂二硫化锡电催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锑掺杂二硫化锡电催化材料及其制备方法和应用，属于电催化CO2还原技术领域。本发明专利技术提供了一种锑掺杂二硫化锡电催化材料，化学通式为Sb

【技术实现步骤摘要】
一种锑掺杂二硫化锡电催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化CO2还原
，尤其涉及一种锑掺杂二硫化锡电催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人口的急剧增长和对化石燃料的需求日益增长，导致大气中CO2过度排放，从而引发了一系列环境问题。因此，减少大气中二氧化碳的排放是当今社会面临的重大挑战。
[0003]目前，科学研究已经确定了几种CO2转化的关键方法，包括生物、化学、电化学、光催化、重整和无机转化。相比之下，电催化CO2还原可使用太阳能、风能等可再生能源获得电能，由于其反应条件温和、可控、高效等优点，成为当今世界的研究热点。析氢副反应发生在阴极室的阴极，是电催化CO2还原过程中不可避免的竞争反应。因此，该过程中的一个关键技术挑战是开发稳定性好、选择性高、反应过电位低的电催化剂。
[0004]电催化CO2还原反应是一个多光子电子耦合转移过程，反应路径多在适当的电催化剂作用下，CO2RR可以形成各种各样的产物，包括一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、甲酸(HCOOH)、乙烯(C2H4)、乙醇(CH3CH2OH)、正丙醇(CH3CH2CH2OH)、甲醇(CH3OH)等，甲酸盐是一种重要的储氢介质，可直接作为电池燃料使用，也可转化为CO、H2和甲醇。由于其高市场价值和相对较低的能源投入，它被认为是经济高效的。杂原子的引入将导致掺杂剂与原催化剂之间的能级杂化，因此元素掺杂是调节催化剂电子结构的一种有效方法。例如，掺杂Mn的In2S3纳米片比未掺杂的In2S3纳米片可以明显降低CO2活化为HCOO*的能垒。
[0005]SnS2是一种极具吸引的半导体材料，在光电器件，微电子器件，生物传感，化学传感、电催化CO2还原等方面具有广泛的应用。锡基化合物是极具潜力的电催化CO2还原催化剂。但纯的SnS2电催化CO2还原伴随着较强的析氢副反应，很大程度抑制了电催化CO2还原性能。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锑掺杂二硫化锡电催化材料及其制备方法和应用。本专利技术的锑掺杂二硫化锡电催化材料电催化CO2还原性能活性高。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种锑掺杂二硫化锡电催化材料，化学通式为Sb
n
Sn1‑
n
S2，其中n＝0.005～0.3。
[0009]优选地，所述n＝0.01～0.02。
[0010]优选地，所述n＝0.01、0.015或0.02。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述锑掺杂二硫化锡电催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将可溶性锡源、可溶性硫源、可溶性锑盐和水混合，得到混合溶液；
[0013]将所述混合溶液进行水热反应，得到所述锑掺杂二硫化锡电催化材料。
[0014]优选地，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为4～12h。
[0015]优选地，所述水热反应在聚四氟乙烯内胆中进行。
[0016]优选地，所述水热反应后还包括依次进行冷却至室温、离心收集固体产物、水洗、无水乙醇洗涤和干燥，得到所述锑掺杂二硫化锡电催化材料。
[0017]优选地，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的温度为60℃，时间为8h。
[0018]优选地，所述可溶性硫源包括硫脲，所述可溶性锡源包括五水合四氯化锡，所述可溶性锑盐包括醋酸锑。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述锑掺杂二硫化锡电催化材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的锑掺杂二硫化锡电催化材料在电催化CO2还原领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种锑掺杂二硫化锡电催化材料，化学通式为Sb
n
Sn1‑
n
S2，其中n＝0.005～0.3。
[0021]本专利技术实现了原位掺杂锑离子，锑离子与锡离子具有协同作用，同时将二硫化锡纳米片转变为纳米花状，提高了电催化剂的比表面积，拥有较多的活性位点，进一步提高了材料的电催化二氧化碳性能。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述锑掺杂二硫化锡电催化材料的制备方法，本专利技术采用简单的水热方法，通过在合成二硫化锡的水热过程中，原位加入锑源，原位掺杂锑离子，在水热反应的过程中，将二硫化锡纳米片转变为纳米花状，提高了电催化剂的比表面积，从而提高材料电催化二氧化碳性能。
附图说明
[0023]图1为Sb
n
Sn1‑
n
S2的XRD谱图；
[0024]图2为Sb
n
Sn1‑
n
S2的SEM谱图，其中(a)为SnS2，(b)为Sb
0.01
Sn
0.99
S2，(c)为Sb
0.015
Sn
0.985
S2，(d)为Sb
0.02
Sn
0.98
S2；
[0025]图3为Sb
0.01
Sn
0.99
S2电催化剂电催化二氧化碳还原后的SEM谱图；
[0026]图4为催化剂电催化CO2还原产物的法拉第效率图，其中(a)为SnS2，(b)为Sb
0.01
Sn
0.99
S2。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种锑掺杂二硫化锡电催化材料，化学通式为Sb
n
Sn1‑
n
S2，其中n＝0.005～0.3。
[0028]在本专利技术中，所述n优选为0.01～0.02，更优选为0.01、0.015或0.02。
[0029]在本专利技术中，所述锑掺杂二硫化锡电催化材料为纳米花状。
[0030]本专利技术还提供了上述技术方案所述锑掺杂二硫化锡电催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]将可溶性锡源、可溶性硫源、可溶性锑盐和水混合，得到混合溶液；
[0032]将所述混合溶液进行水热反应，得到所述锑掺杂二硫化锡电催化材料。
[0033]本专利技术将可溶性锡源、可溶性硫源、可溶性锑盐和水混合，得到混合溶液。
[0034]在本专利技术中，所述可溶性硫源优选包括硫脲，所述可溶性锡源优选包括五水合四氯化锡，所述可溶性锑盐优选包括醋酸锑。
[0035]在本专利技术中，所述水优选为去离子水。
[0036]在本专利技术中，所述混合的方式优选为磁力搅拌，所述磁力搅拌的转速优选为400～800r/min。
[0037]得到混合溶液后，本专利技术将所述混合溶液进行水热反应，得到所述锑掺杂二硫化锡电催化材料。
[0038]在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为160～200℃，时间优选为4～12h。
[0039]在本专利技术中，所述水热反应优选在聚四氟乙烯内胆中进行。本专利技术优选将所述聚四氟乙烯内胆放入鼓风干燥箱中进行所述水热反应。
[0040]在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锑掺杂二硫化锡电催化材料，其特征在于，化学通式为Sb
n
Sn1‑
n
S2，其中n＝0.005～0.3。2.根据权利要求1所述的锑掺杂二硫化锡电催化材料，其特征在于，所述n＝0.01～0.02。3.根据权利要求1或2所述的锑掺杂二硫化锡电催化材料，其特征在于，所述n＝0.01、0.015或0.02。4.权利要求1～3任一项所述锑掺杂二硫化锡电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将可溶性锡源、可溶性硫源、可溶性锑盐和水混合，得到混合溶液；将所述混合溶液进行水热反应，得到所述锑掺杂二硫化锡电催化材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊英，闫伦彤，武泽林，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：