【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化剂，具体涉及一种富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、利用可再生能源将二氧化碳(co2)电还原为高附加值的含碳化学品(如一氧化碳、甲酸和甲烷)，在各种还原产物中，甲酸(hcooh)被认为是最具有技术经济性的产物之一，在实际应用中得到了广泛的应用。迄今为止，已经报道了几种主要的p区金属主族催化剂，包括sn、in和bi等，以及一系列相应的金属氧化物(如氧化锡和氧化铟)通过电还原co2合成hcooh。其中，由于金属锡基材料成本低，对电合成hcooh过程中的*ooch中间体的吸附能适中，因此被广泛应用于电还原co2合成hcooh。然而，目前报道的金属锡基催化剂在实现高选择性工业级电流密度下(>200ma cm-2)hcooh电合成的方面仍面临着重大挑战。
2、目前，hcooh电合成大多在碱性或中性电解质中进行，因此不可避免地形成碳酸盐副产物，导致co2利用效率降低。采用酸性电解液是解决这些问题的有效方法之一。然而，由于电还原co2过程中竞争性的析氢副反应和不可避免的质子浓度变化，在酸性电解质中实现持续有效的co2转化仍然面临着巨大挑战。因此，在工业应用中，开发在全ph范围内工作良好的理想催化剂是非常必要的。如公开号为cn115584522a的中国专利文献公开了一种三维多孔电极制备方法及其酸性电催化co2还原制备甲酸的应用，将催化剂、聚合物、有机溶剂混合均匀配置复合浆料，用刮刀将糊状物均匀涂布在碳布上得到未成形胚体，最后经过干燥处理获得三维多孔电极，实现在ph小于3.7
3、由于质子形成和输运过程中的反应动力学缓慢，*ooch中间体的生成通常是决定速率的反应步骤。因此，加速质子的生成和转移是提高*ooch/hcooh生成速率的有效方法。引入缺陷结构被认为是调控金属电子和表面结构最直接有效的方法之一，近年来得到了广泛的研究。如公开号cn116103680a的中国专利文献公开了一种富含氧空位的碳酸氧铋电催化剂及其制备方法，将铋盐溶解于乙二醇和水溶液中，加入适量辅助导电盐后冷藏得到电解液，利用恒电流法在工作电极上电化学沉积得到富含氧空位的碳酸氧铋纳米片，氧空位的引入改善了碳酸氧铋的导电性，提升了碳酸氧铋的水裂解能力以及hcooh合成的本征活性。
4、尽管对于不同电解液环境下电还原co2合成hcooh研究已经有了很大的进展，但是对于在全ph范围内实现工业级电流密度(>200ma cm-2)的hcooh电合成仍然面临选择性低等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，制备得到的催化剂富含硒缺陷，展现了优异的hcooh电合成的催化性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将二氧化硒和金属锡盐溶解后加入水合肼溶液，搅拌混合，经过水热反应得到富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂。
4、本专利技术提供的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备原理为：二氧化硒和金属锡盐均匀分散的混合溶液中加入还原试剂水合肼，强还原性的水合肼分子将溶液中的sn2+和se4+还原成原子，具有高反应活性的sn原子和se原子结合形成二硒化锡分子，同时伴随硒缺陷的形成。其中，硒缺陷的引入使得更多的电子从se位点转移到sn位点，有效加速水分子的解离，提高了质子转移速率，进而加速co2在锡活性位点的高效转化。
5、所述金属锡盐为可溶性盐，优选地，所述金属锡盐为二水合氯化亚锡。
6、所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为1.5～2.5:1。本专利技术通过改变二氧化硒的用量，制备出不同纯度的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片。当二氧化硒的摩尔浓度过低时，得到的二硒化锡的纯度就会有所降低，会有杂相锡的存在，对于电还原co2合成hcooh性能没有明显的提高；当二氧化硒的摩尔浓度过高时，会出现硒杂相，使得hcooh电合成的性能明显降低。
7、进一步的，将二氧化硒和金属锡盐溶解于水中，得到的混合溶液中，二氧化硒的质量浓度为7.4～22.2g l-1，锡盐的质量浓度为15.0g l-1。优选地，二氧化硒的质量浓度为14.8g l-1。
8、其中，二氧化硒和金属锡盐溶解于一定量的水溶液，反应温度为室温，搅拌时间为10～20min。优选地，所述搅拌时间为20min。
9、进一步的，加入水合肼后的混合溶液中，水合肼的质量浓度为54.8g l-1。
10、其中，所述二氧化硒和金属锡盐溶解的混合溶液加入水合肼溶液后，反应温度为常温，搅拌时间为3～8min。搅拌时间过长会影响二硒化锡的形貌不够均匀，以及硒缺陷的形成，从而影响电催化剂性能。优选地，搅拌时间为3min。
11、所述水热反应温度为160～200℃。通过改变水热反应温度，制备出不同含量的硒缺陷的二硒化锡纳米片。当水热反应温度过低时，不易形成富含硒缺陷的二硒化锡纳米片；当水热反应温度过高时，二硒化锡的纳米片容易在高温时发生晶相转变，从而使得电还原co2制备hcooh性能降低。
12、优选地，所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为1.5～2:1，所述水热反应温度为180～200℃。通过限定上述摩尔比和反应温度，制备得到的二硒化锡纳米片中硒缺陷的纯度以及含量更利于提高电还原co2制备hcooh的选择性。
13、本专利技术还提供了一种根据上述制备方法得到的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂。
14、所述催化剂中丰富的硒缺陷存在二硒化锡纳米片中，所述二硒化锡纳米片电催化剂中硒与锡的原子比1.8～2.0:1。
15、本专利技术还提供了一种上述富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂作为工作电极在甲酸电合成中的应用。
16、进一步的，所述富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂作为工作电极在全ph范围内工业级电流密度下的甲酸电合成中的应用。
17、本专利技术提供的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂在工业电流密度下(>200macm-2)实现高选择性的性能。其中，在碱性、中性和酸性电解质中的最高hcooh的选择性分别为94.1％、81.7％和78.1％，hcooh的偏电流密度峰值分别为800、568和495ma cm-2，其电催化性能远胜于商业的二硒化锡催化剂。
18、本专利技术提供的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂能够有效提高其对水分子的吸附与解离能力，加速质子转移和中间体的形成速率，从而进一步提升其电催化活性，对实现工业条件下制备hcooh是极具意义的。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、(1)本专利技术提供的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂实现了高选择性co2催化转化为hcooh，且具有较宽的可操作ph窗口(2.0～14.0)。实现了在不同ph环境下的工业级电流密度的hcooh电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将二氧化硒和金属锡盐溶解后加入水合肼溶液，搅拌混合，经过水热反应得到富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂。
2.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为1.5～2.5:1。
3.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为160～200℃。
4.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为1.5～2:1，所述水热反应温度为180～200℃。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的制备方法得到的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂。
6.根据权利要求5所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂，其特征在于，所述二硒化锡纳米片电催化剂中硒与锡的原子比1.8～2.0:1。
7.一种权利要求5或6所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂作为工作电极在
8.根据权利要求7所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的应用，其特征在于，所述富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂作为工作电极在全pH范围内工业级电流密度下的甲酸电合成中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将二氧化硒和金属锡盐溶解后加入水合肼溶液，搅拌混合，经过水热反应得到富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂。
2.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为1.5～2.5:1。
3.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为160～200℃。
4.根据权利要求1所述的富含硒缺陷的二硒化锡纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硒和金属锡盐的摩尔比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯阳，赵紫琳，杨彬，雷乐成，李中坚，
申请(专利权)人：东海实验室，
类型：发明
国别省市：
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