【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料领域，具体涉及一种二维富勒烯基催化剂的制备方法及其在电催化二氧化碳还原中的应用。
技术介绍
1、当今，由于化石能源的过度消耗已经造成了许多环境问题，其中因co2气体过度排放所导致的全球变暖、酸雨等问题愈演愈烈。利用新能源电能驱动的电催化反应，可以实现可再生资源到化学能的有效转化，为缓解能源短缺解决环境问题提供了一种温和且有效的方法。其中电催化co2还原受到了极大的关注。co2还原的众多产物中，甲酸因其具有高的利用和储能价值，被认为是电催化co2还原产物中最具有价值的产物。目前已经开发的用于电催化co2还原的催化剂，如cd、hg、pd、pb及in，这些催化剂可以将co2电催化还原为甲酸，但其选择性、稳定性较差，因此很难投入大规模的使用[1-2]。铋基材料因其具有选择性高、无毒、储量丰富、价格低廉等优势引起了广泛地关注。尽管如此，目前已经报道的铋基材料仍然受限于本征活性较低的问题，该问题阻碍了铋基催化剂在电催化co2还原至甲酸的发展和大规模应用[3-4]。
2、石墨烯、过渡金属硫化物、黑鳞、层状双氢氧化物和mxene等二维材料因其独特的结构和电子性质，在电化学能量转换领域显示出广阔的应用前景[5-8]。近期，二维富勒烯的成功制备引起来广泛地关注，有研究人员利用有机阳离子切片的方法成功制备了具有单层结构的二维富勒烯纳米片[9]，其具有良好的热力学稳定性以及良好的载流子传输性能，如果将其与铋基催化剂进行复合，可以大大提高铋基催化剂的本征活性，并增强其稳定性，实现二维富勒烯-铋基催化剂在电催化co2还原
3、参考文献：
4、[1]xiao-du liang,na tian,sheng-nan hu,et al.materials reports:energy,2023,3,100191.
5、[2]jinsol bok,si young lee,byoung-hoon lee,et al.j.am.chem.soc.2021,143,5386-5395.
6、[3]xianbiao fu,jia-ao wang,xiaobing hu,et al.adv.funct.mater.2022,32,2107182.
7、[4]zhiqiang jiang,minyi zhang,xingliang chen,etal.angew.chem.int.ed.2023,e202311223.
8、[5]yujia zhang,kunkunnie,lixin yi,et al.adv.sci.2023,2302301.
9、[6]li xia,baihai li,ya zhang,et al.inorg.chem.2019,58,2257-2260.
10、[7]cheng-feng du,lan yang,kewei tang,et al.mater.chem.front.2021,5,2338.
11、[8]zhe xue,xinyu zhang,jiaqian qin,et al.appl.surf.sci.2020,510,145489.
12、[9]lingxianghou,xueping cui,bo guan,et al.nature,2022,606,507–510.
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种二维富勒烯基催化剂的制备方法，并实现该催化剂在电催化co2还原生成甲酸的广泛应用。本专利技术将二维富勒烯纳米片与铋纳米颗粒进行复合，能够增强铋基催化剂的本征活性。本专利技术制备方法简单，不需要加入额外的粘结剂，环境友好。二维结构的优异特性大大提高了所制备催化剂的载流子运输能力，显著增强了铋纳米颗粒-二维富勒烯纳米片(bi nps-c60 ns)在电催化co2还原至甲酸的电催化活性，从而实现电能到化学能的高效转化。
2、为了达到上述目的，本专利技术具体的技术方案如下：
3、本专利技术二维富勒烯基催化剂的制备方法，是通过化学沉淀的方法将铋纳米颗粒负载于二维富勒烯纳米片材料上，得到铋纳米颗粒负载的二维富勒烯纳米片bi nps-c60 ns，即二维富勒烯基催化剂，具体包括如下步骤：
4、步骤1：制备二维富勒烯纳米片(c60 ns)
5、1a、合成块状mg4c60晶体：将c60粉末密封在真空石英管中，在500-600℃的温度梯度下升华提纯；然后将mg金属粉末和纯化后的c60以4:1的摩尔比均匀混合并密封在真空石英管中，将该真空石英管置于双温区炉中，熔炉的温度梯度为500-900℃，并保持20小时。混合粉末置于600℃区域，而块状mg4c60晶体在500℃区域获得，收集最终产物并保存在n2气氛中；
6、1b、剥离c60 ns：利用有机阳离子切片法从mg4c60晶体中剥离出少量的二维富勒烯纳米片。具体是将四丁基水杨酸铵(tbas)溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，浓度为12.5-25mol/l，然后将所制备的mg4c60晶体加入上述溶液中，保存3-5天；然后通过离心洗涤的方法去除多余的tbas和nmp，最后干燥得到所需的二维富勒烯纳米片。
7、步骤2：制备bi nps-c60 ns复合催化剂
8、2a、将硝酸铋加入到硝酸的水溶液中并充分搅拌至混合均匀；
9、2b、将2a获得的溶液加入含有柠檬酸钠的溶液中，并搅拌均匀；
10、2c、将步骤1获得的c60 ns加入2b获得的溶液中，并分散均匀；
11、2d、将nabh4溶液加入到2c获得的溶液中，即可得到黑色的沉淀物质，将黑色沉淀多次用去离子水洗涤，真空干燥后即可得到bi nps-c60 ns电催化剂。
12、优选的，2a获得的溶液为浓度0.25m的bi(no3)3·5h2o溶液，其体积为2ml。
13、优选的，2b溶液为0.027m的柠檬酸钠溶液，溶液体积为150ml。
14、优选的，2c中所加c60 ns与理论计算得到的铋纳米颗粒的质量比为1:1。
15、优选的，2d溶液为0.1m的硼氢化钠溶液，其溶液体积为60ml。
16、本专利技术二维富勒烯基催化剂的应用，是以铋纳米颗粒负载的二维富勒烯纳米片作为催化剂制备电极材料，进行电催化co2还原。
17、具体是将催化剂分散在乙醇和nafion的混合溶液中，并滴涂于碳布上，作为工作电极，ag/agcl电极为参比电极，铂片为对电极。
18、阴极的电解液为co2饱和的碳酸氢盐溶液，比如0.5m的khco3溶液。
19、催化剂的负载量为0.5-2mg/cm2，优选为1mg/cm2。
20、与现有技术相比，本专利技术的独特效果为：
21、(1)本专利技术所制备的二维bi nps-c60 ns催化剂是第一次将二维富勒烯材料用于电催化co2还原领本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维富勒烯基催化剂的制备方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
6.权利要求1-5中任一项制备方法制备得到的二维富勒烯基催化剂的应用，其特征在于：以铋纳米颗粒负载的二维富勒烯纳米片作为催化剂制备电极材料，进行电催化CO2还原。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种二维富勒烯基催化剂的制备方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：...
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