本技术涉及电催化CO2还原技术领域,详细描述了一种制备铋纳米片材料的方法及其在电催化CO2还原中的应用。该方法包括关键步骤:对碳材料进行高温煅烧处理,以制得高性能铋纳米片。
背景技术
化石能源的存储量有限且人类对化石能源开采仍在加剧,因此人类社会正面临严峻的能源危机。将化石燃料作为能源供给体,也导致了CO2
排放量急剧增加,虽然CO2
在空气中的大量排放将导致一系列的环境问题,但CO2
作为廉价的C1
原料,却可通过催化反应转化为高附加值的燃料和化学品,不仅为我国节能减排做出巨大贡献,还可开辟一种燃料合成新路径。在众多转化技术中,CO2
电还原(CO2
RR)技术由于条件温和、反应可控、对环境友好和产物众多(甲酸、甲醇、一氧化碳、乙醇和乙烯等)受到广泛关注,但电催化转化CO2
往往伴随着竞争反应-氢气析出(HER),如何抑制氢气的析出反应,使CO2
RR具有优异的选择性、活性、稳定性是该领域着重考虑的三个因素。
为了提高电催化剂的选择性和活性,研究人员使用了各种策略,如使用纳米结构、缺陷和选择性面暴露。但是,实际的活性部位、稳定性和实际条件下的反应机理仍有争议。尽管其他研究人员发现Bi-O相互作用对于Bi基电催化剂在电化学CO2
还原反应中的有效性至关重要,Pander等人通过使用原位衰减全反射红外光谱观察Bi表面未改变的氧化层得出结论,Bi是一种不依赖于氧化物的电催化剂。相关研究结果表明,在HCOOH形成中,Bi(012)面与Bi(110)面十分活跃,具有良好的活性。此外,据报道,在CO2
RR中使用层状金属Bi电催化剂是有效的策略,因为层状结构通常可以提高性能。
中国专利CN109939670B公开了一种用于CO2
电还原制甲酸的铋基复合催化剂及其制备方法,该专利在保持高的甲酸选择性的同时也提高了耐酸性和耐高浓度甲酸抑制效应,从而提高了化学稳定性,但仍存在电流密度较高时法拉第效率下降的问题。
中国专利CN109518222B公开了用于电催化CO2
还原至甲酸的铋基催化剂及其制备方法和应用,该专利的铋基催化剂因其具有更高的比表面积,丰富的表面化学反应位点,特定的暴露晶面,以及多样化的尺寸效应等特征,因此在电催化CO2
还原体系中表现出更高的催化活性,但仍存在电流密度较高时法拉第效率下降的弊端。
实现思路