[发明专利]一种碱式碳酸铅纳米片及其制备方法和在电催化二氧化碳加氢的应用

说明书

本发明公开一种碱式碳酸铅纳米片及其制备方法和在电催化二氧化碳加氢的应用，以碳酸铅为基础，在电化学以及二氧化碳氛围中转化为碱式碳酸铅，然后作为活性物质，用于二氧化碳加氢生成甲酸。本发明技术方案中碱式碳酸铅为纳米片结构，具有更多的活性位点，结构稳定，合成方法简单，成本低，而且对二氧化碳加氢有很明显的优势。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更加具体地说，特别是涉及一种碱式碳酸铅纳米片和制备方法及应用。

背景技术

全球气候变暖是21世纪最重要的环境问题之一。大气中的温室气体主要包括二氧化碳、氧化亚氮、甲烷、氟碳化合物以及氯氟烃等，二氧化碳浓度的显著提高直接导致了全球平均气温上升。因此，限制大气中二氧化碳浓度的过快增长对延缓全球气候变暖极具现实意义。另一方面，化石燃料作为一种不可再生能源储量毕竟有限，经济快速发展与人口膨胀所引发的能源需求缺口日益扩大，过度的依赖化石燃料更是加剧了能源短缺问题，全球范围的能源危机己经逐步凸显。

实际上，上述两个问题的理想解决方案是将大气中过量的二氧化碳转化成一氧化碳、甲酸、烃类、醇类等碳燃料，这种策略不仅可以减少大气中二氧化碳的累积，而且可以得到高热值的燃料与高附加值的工业化学品。所以，二氧化碳再利用技术规模化应用所面临的主要挑战还是在于设计一种高效、耐用、成本低廉的催化剂。而碱式碳酸铅[(PbCO₃)₂·Pb(OH)₂]作为一种催化剂，在电化学二氧化碳氢化有很好的性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种碱式碳酸铅纳米片及其制备方法和在电催化二氧化碳加氢的应用，通过将碳酸铅在电化学和二氧化碳环境下转化碱式碳酸铅，首先用简单的方法合成碳酸铅，然后经过电化学活化，在二氧化碳氛围中，制备碱式碳酸铅纳米片，用于二氧化碳加氢氢化以得到甲酸。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种碱式碳酸铅纳米片，碱式碳酸铅纳米片为六边形结构，边长为300—500nm，厚度为8—12nm。

而且，六边形结构为等边六边形，边长为360—400nm，厚度为8—10nm。

一种碱式碳酸铅纳米片的制备方法，通过在二氧化碳氛围里对碳酸铅纳米颗粒进行电化学处理，得到碱式碳酸铅纳米片；按照下述步骤进行：

以负载在碳纸上的碳酸铅纳米颗粒为阴极，在密闭三电极体系中进行恒电位反应，在密闭环境中进行二氧化碳的持续通入，以使电解液中和位于电解液上方的氛围均为二氧化碳，达到二氧化碳氛围；恒电位为-1.2—-2.0V，反应时间至少10min，电解液为0.5-1M的NaHCO₃水溶液。

而且，恒电位为-1.2—-1.6V，反应时间为10—30min。

而且，对电极为碳棒或者铂片。

而且，参比电极为饱和甘汞电极。

而且，负载在碳纸上的碳酸铅纳米颗粒按照下述步骤进行制备：包括以下步骤(具体参考文献徐华蕊，叶明泉，沉淀转化法制备单分散超细碳酸铅粉体[J].南京理工大学学报,1998(1):10-14)：

步骤1，配置碳酸钠的水溶液，边搅拌边加入等体积等浓度醋酸铅水溶液，然后搅拌5min，加入10mL去离子水，搅拌1h，离心，加水，再离心，再重复两次，再加入乙醇，离心，重复2次，得到碳酸铅固体；

步骤2，将所得到碳酸铅放入真空干燥箱干燥12h，取出样品，称取3mg样品溶于1mL乙醇，超声一段时间，混合均匀，滴到1*3cm²的碳纸上，尽量使样品滴在1*1cm²的区域，涂抹硅橡胶，使有效面积是1*1cm²，得到负载在碳纸上的碳酸铅纳米颗粒。