一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，属于新能源纳米材料领域及催化技术领域，主要应用与二氧化碳电化学催化。本技术方案主要步骤为将二甲基咪唑溶解在甲醇中，搅拌均匀，标记为溶液A；六水合硝酸锌和五水合硝酸铋溶解在甲醇中，搅拌均匀，标记为溶液B；将溶液B缓慢倒入溶液A中，并继续搅拌均匀后静置，将反应产物固液分离，然后在干燥箱中干燥得到白色产物；随后将步骤二中获得的白色产物在马弗炉中退火，得到Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂。本发明专利技术得到的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂在二氧化碳电催化方面具有优异的催化性能。剂在二氧化碳电催化方面具有优异的催化性能。剂在二氧化碳电催化方面具有优异的催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源纳米材料领域及催化
，特别涉及一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]近年来，化石燃料的大量消耗导致了温室气体的过量排放，尤其是二氧化碳(CO2)，并因此导致了资源枯竭和一系列极端天气等全球性问题。所以将CO2作为一种潜在的碳资源，通过各种方法合成化工产品已成为共识。其中利用电化学催化还原是目前较为理想的CO2催化转化方法，可以实现将CO2直接转化为各种能源材料，从而实现人为闭合碳循环。但在现实操作和大规模工业应用中仍然面临许多挑战，例如催化剂成本过高，产品选择性和长期稳定性不佳等问题。
[0004]论文《Zn掺杂二维层状δ
‑
Bi2O3纳米片的光催化固氮性能研究》公开了通过掺杂修饰催化剂形成捕获陷阱,可以有效抑制光生载流子的复合，获得高效的光催化固氮效率。但对于“低成本、高选择性催化二氧化碳电化学还原”的问题未有涉及。
[0005]专利CN115304099A公开了表面电子定域的氧化铋纳米片及其在电催化二氧化碳还原和锌
‑
二氧化碳电池中的应用，但研究发现：Bi基催化剂存在制备繁琐、本征活性差和产物选择性低等问题。
[0006]目前，行业内尚未在众多的催化剂中找到具有低成本、高选择性催化的二氧化碳电化学还原的催化剂。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种成本低、制作简单的方法制备具有高效二氧化碳电化学还原的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂，解决现有Bi基催化剂制备繁琐、本征活性差和产物选择性低等问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面，提供了一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，包括：
[0010]将锌盐和铋盐溶解在溶剂中，得到盐溶液；
[0011]将所述盐溶液与二甲基咪唑的醇溶液混合，进行反应，收集固体产物；
[0012]将所述固体产物干燥、退火，得到Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂；
[0013]其中，所述锌盐和铋盐的摩尔比为1～1.5：1～1.5。
[0014]本专利技术的第二个方面，提供了上述的方法制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂。
[0015]本专利技术的第三个方面，提供了上述的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂在催化二氧化碳电还原为甲酸和一氧化碳中的应用。
[0016]本专利技术的有益效果
[0017](1)采用本专利技术所述的制备Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的方法，制备过程简单、成本低且在二氧化碳电化学还原中有优异的催化性能。在微观尺度呈现Zn
‑
Bi界面，通过Zn
‑
Bi之间的双金属协同效应可以有效促进CO2在催化剂表面的吸附，并减低催化反应的能量壁垒。
[0018](2)本专利技术所制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂应用于电催化二氧化碳还原反应，有效抑制了析氢反应。在
‑
1.0V vs.RHE时，可以实现108mA cm
‑2的电流密度，同时甲酸和一氧化碳的法拉第效率可以分别达到91％和6％。本专利技术能够为设计其他双金属催化剂用于二氧化碳电化学还原提供思路。
[0019](3)本专利技术制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示例性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1本专利技术Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备流程图；
[0022]图2本专利技术实施例2制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的扫描电子显微镜图；
[0023]图3本专利技术实施例2制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的透射电子显微镜图；
[0024]图4本专利技术实施例2制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的透射电子显微镜X射线能谱图；
[0025]图5本专利技术实施例2制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂在CO2电还原中的催化性能图。
[0026]图6本专利技术实施例2制备的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂在
‑
1.0V vs.RHE电压下的CO2电还原稳定性测试图。
具体实施方式
[0027]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0028]一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，包括：
[0029]步骤1，将二甲基咪唑溶解在甲醇中，搅拌均匀，标记为溶液A；
[0030]步骤2，六水合硝酸锌和五水合硝酸铋溶解在甲醇中，搅拌均匀，标记为溶液B；
[0031]步骤3，将溶液B缓慢倒入溶液A中，并继续搅拌均匀后静置，将反应产物固液分离，然后在干燥箱中干燥得到白色产物；
[0032]步骤4，将步骤二中获得的白色产物在马弗炉中退火，得到Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂。
[0033]在一些实施例中，所述二甲基咪唑的醇溶液的浓度为0.2～0.4mmol/ml。
[0034]在一些实施例中，所述锌盐为六水合硝酸锌。
[0035]在一些实施例中，所述盐溶液中，锌盐的浓度为0.2～0.4mmol/ml。
[0036]在一些实施例中，所述铋盐为五水合硝酸铋。
[0037]在一些实施例中，所述盐溶液中，铋盐的浓度为0.2～0.4mmol/ml。
[0038]在一些实施例中，所述铋盐与二甲基咪唑的摩尔质量比为1:3～5。
[0039]在一些实施例中，所述退火的温度为200～240℃，退火时间为2.5～3h；
[0040]在一些实施例中，升温速率为2～5℃/min。
[0041]在一些实施例中，所述电极包括但不限于碳纸、碳布。
[0042]下面结合具体的实施例，对本专利技术做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本专利技术的解释而不是限定。
[0043]实施例1Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备
[0044]步骤1，将10mmol二甲基咪唑溶解在50ml甲醇中，搅拌0.5h，标记为溶液A；
[0045]步骤2，2.5mmol六水合硝酸锌和2.5mmol五水合硝酸铋溶解在50ml甲醇中，搅拌1h，标记为溶液B；
[0046]步骤3，将溶液B缓慢倒入溶液A中，并继续搅拌2h，然后静置6h，将反应产物通过6000转/分钟的离心机固液分离，然后在干燥箱中80℃干燥6h得到白色产物；
[0047]步骤4，将步骤二中获得的白色产物在马弗炉中200℃退本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将锌盐和铋盐溶解在溶剂中，得到盐溶液；将所述盐溶液与二甲基咪唑的醇溶液混合，进行反应，收集固体产物；将所述固体产物干燥、退火，得到Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂；其中，所述锌盐和铋盐的摩尔比为1～1.5：1～1.5。2.如权利要求1所述的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述二甲基咪唑的醇溶液的浓度为0.2～0.4mmol/ml。3.如权利要求1所述的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述锌盐为六水合硝酸锌。4.如权利要求1所述的Zn掺杂Bi2O3双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐溶液中，锌盐的浓度为0.2～0.4mmol/ml。5.如权利要求1所述的Zn掺杂Bi2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛嵘，王晨，郭艳，许崇庆，闫桂焕，
申请(专利权)人：山东省科学院生态研究所山东省科学院中日友好生物技术研究中心，
类型：发明
国别省市：