[发明专利]一种在rGO上生长的氧化铟纳米催化剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂、其制备方法及其应用，催化剂包括还原氧化石墨烯纳米片及复合在还原氧化石墨烯纳米片表面的In₂O₃纳米带。该催化剂以In₂O₃纳米带原位、均匀地生长在rGO纳米片衬底上，既实现了异相结构，使催化剂易于从反应体系中分离收集再利用，又能基于二维材料具有的高效原子利用率与衬底较强的耦合作用，使其在催化二氧化碳电还原反应中具有较高催化活性。催化剂在二氧化碳电还原反应中，在‑0.7V以后，对甲酸和一氧化碳的选择性超过90％；在‑1.2V下对甲酸选择性高达84.6％。在‑1.2V下工作10h后，仍保留初始活性，表明其在长时间催化反应后仍可重复利用。

技术领域

本发明属于铟基催化剂技术领域，尤其涉及一种在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境污染加剧，利用含碳无机物通过电化学反应制备小分子有机物的技术受到了广泛的关注。如何进行安全，高效的反应是该领域研究的重点。二氧化碳具有室温稳定性和良好的水溶性，是理想的反应原料。二氧化碳电还原的反应所需电压较低，产物为一氧化碳、羧酸、低碳烃醇等有利用价值的物质，可通过使用不同的催化剂或改变还原电压等条件来控制主要产物，以满足不同的需求。

传统的铟基催化剂由于尺寸过大、原子利用率低、对二氧化碳吸附弱等因素，催化活性较差，难以进行商业化推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂、其制备方法及其应用，该催化剂在催化二氧化碳电还原反应中具有很高的催化活性。

本发明提供了一种在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂，包括还原氧化石墨烯纳米片及复合在所述还原氧化石墨烯纳米片表面的In₂O₃纳米带。

优选地，所述In₂O₃纳米带和还原氧化石墨烯纳米片的质量比为3～5:2～4。

本发明提供了一种上述技术方案所述在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将油酸钠、四水合三氯化铟和还原氧化石墨烯纳米片分散在去离子水中，搅拌均匀，得到混合液；

将所述混合液水热反应，得到的反应产物进行洗涤和干燥，得到在rGO上生长的In(OH)₃纳米带；

将在rGO上生长的In(OH)₃纳米带烧结，得到在rGO上生长的In₂O₃纳米催化剂。

优选地，所述还原氧化石墨烯纳米片与油酸钠、四水合三氯化铟、去离子水的质量体积比为(75～85)mg：(260～290)mg：(85～95)mg：(35～45)mL。

优选地，所述搅拌的时间为25～35min。

优选地，所述水热反应的温度为140～160℃，水热反应的时间为2.5～3.5h。

优选地，所述烧结的温度为380～420℃；烧结的时间为4～6min。

优选地，所述洗涤的过程包括：

将反应产物离心，离心分离所得产物用极性溶剂超声洗涤，再次进行离心分离和超声洗涤，每次超声洗涤的时间为1～2min，每次离心分离的转速为7000～8000rpm，每次离心分离的时间为5～7min。