[发明专利]一种氧化锡催化剂在电化学还原CO2制甲酸中的应用

说明书

本发明公开了由同一前驱体衍生出不同形貌的催化剂应用于电化学还原CO₂及其制备方法。所述电化学还原催化材料主要利用同一前驱体分别通过酸刻蚀，硫化‑脱硫作用而得到。具体制备途径如下：途径一是将制备的ZnSn(OH)₆前驱体先在马弗炉中煅烧，得到ZnSnO₄/SnO₂，再利用硝酸水溶液的刻蚀作用，得到具有丰富孔洞结构修饰的SnO₂块状材料；途径二是利用乙二胺四乙酸的络合作用，将ZnSn(OH)₆前驱体中的Zn²⁺络合掉，再在硫代乙酰胺的作用下在原有三维立方框架结构上蓄意构建SnS₂六方纳米片组装层，最后经过煅烧处理，成功合成了外形为纳米片组装层包裹的SnO₂样品。

技术领域

本发明涉及温室气体CO₂的转化，即二氧化碳电催化还原反应(CO₂RR)领域，具体的涉及由同一前驱体衍生出的具有不同形貌的SnO₂催化剂材料的制备和应用。

背景技术

近年来，随着室温气体CO₂的大量产生及排放，其所带来的室温效应引起了科研人员的重视并致力于研究CO₂的技术转化上，将其转化为具有附加值的化学能源原料CO及甲酸具有可行性。电催化还原CO₂制甲酸的原理是将催化剂(例如，本研究专利上选用SnO₂作为催化剂)涂覆在碳布上，在一定的电位下将电解液中溶解的CO₂还原成CO或甲酸等具有附加值的能源原料，实现绿色无污染。目前常用的催化剂主要有贵金属类(Au，Pd，Pt等)，金属及其氧化物、硫化物类(Bi，Sn，In，Cu，Cd，Pb，Zn，Ni等)和碳材料(碳纳米管，炭黑，石墨烯等)催化剂。目前存在贵金属催化剂催化活性好但是价格昂贵，众多催化剂中，Sn基催化剂在电催化还原CO₂制甲酸的过程中展现出了优异的催化性能，同时具备高稳定性、环境友好等优点，从而在CO₂RR领域受到广泛关注。为提高催化剂活性，制备生产成本低廉的环境友好型催化剂，本发明提供了一种具有丰富孔结构的催化剂材料，在保留前驱体3D骨架的基础之上，有效减少了纳米粒子之间的团聚现象。丰富孔洞的引入有利于增加催化剂的比表面积，大的电化学活性面积有助于提高活性位点的暴露机率。优异的浸润性使得催化剂材料与电解液有效接触面积增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供由同一前驱体衍生出不同形貌的催化剂应用于电化学还原CO₂及其制备方法，该发明为利用同一种前驱体ZnSn(OH)₆，分别通过酸刻蚀，硫化-脱硫作用途径而制得的高活性的SnO₂催化材料。制得的催化材料在保留前驱体3D骨架的基础之上，有效减少了团聚现象并引入了大量的孔洞结构，使得催化剂的比表面积和电化学面积得到了提升。此外，催化剂对电还原CO₂制备甲酸的选择性较高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

采用同一前驱体ZnSn(OH)₆立方块，利用不同的制备途径得到了两种特殊形貌的催化剂；