[发明专利]一种氧化铈负载铋纳米催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化铈负载铋纳米催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术以及能源可持续发展领域。本发明先通过一步还原法，在室温下制得载体氧化铈；接着，将载体氧化铈与Bi(NO₃)₃·5H₂O进行混合，经过离心、干燥以及煅烧等步骤，便可制得氧化铈负载铋纳米催化剂。该氧化铈负载铋纳米催化剂充分利用氧化铈内部的大量缺陷，与铋纳米颗粒进行结合，可以增加活性位点数量，从而可以显著提高催化剂的活性。尤其是，在电化学还原CO₂产甲酸中，该氧化铈负载铋纳米催化剂具有极好的催化活性以及优异的稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术以及能源可持续发展领域，具体是一种氧化铈负载铋纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着对能源需求量的增加，大气内急剧升高的CO₂含量所引发的气候变暖及生态问题成为了人类可持续发展的严峻挑战。因此，对CO₂进行有效利用，使其转化为绿色资源，具有极其重要的意义。其中，电催化还原CO₂，可以有效地利用可再生的电能(太阳能、风能等)，从而受到研究人员的广泛关注。在众多的CO₂还原产物中，甲酸作为具有较高附加值的产物，不仅可以应用于医药、制革和纺织工业中，而且是燃料电池的氢载体，因此甲酸被认为是极具吸引力的CO₂还原产物。另外，通过传统方法合成甲酸复杂且不环保，因此，通过电催化还原CO₂产甲酸是一种非常有前景的方法。

目前，尽管某些催化剂在电还原CO₂产甲酸上取得了较高的选择性，得到了较高的法拉第效率(Faradaic efficiency，FE)，但甲酸的FE对外加电流密度很敏感，这导致甲酸的生成速率受到限制。通常情况下，在较高电流密度(>60mA/cm²)下，甲酸的FE就会由于析氢反应而大幅下降。因此，目前急需开发一种高选择性、高活性的高性能电还原CO₂产甲酸的催化剂，以保证在提升CO₂还原产甲酸速率的同时，还能够保持较高的甲酸FE。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铈负载铋纳米催化剂及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种氧化铈负载铋纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S01、将载体氧化铈置于水中，搅拌均匀，得到溶液C；

S02、往溶液C中添加Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，得到溶液D；所述Bi(NO₃)₃·5H₂O的添加质量为载体氧化铈质量的2-5倍；

S03、将Na₂CO₃溶液缓慢添加到溶液D中，搅拌均匀，得到溶液E；

S04、将溶液E依次进行离心、水洗、醇洗和真空干燥处理后，得到前驱体；

S05、将前驱体置于惰性气体/H₂混合气体中进行煅烧，得到氧化铈负载铋纳米催化剂。

本发明实施例采用的一种优选方案，所述步骤S03中，Na₂CO₃溶液中溶质的质量为载体氧化铈质量的0.8-1.2倍。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的步骤S04中，真空干燥的温度为35-50℃。