[发明专利]一种自支撑型硫化银催化二氧化碳还原电极材料的制备方法、产品及应用

说明书

本发明涉及一种自支撑型硫化银催化二氧化碳还原电极材料的制备方法、产品及应用，以低共熔型离子液体为溶剂，将硫盐前驱体按照一定含量加入到低共熔型离子液体中，经充分搅拌混合均匀后得到离子液体‑硫盐复合溶液体系，控制温度和硫含量进行恒温硫化，将硫化完成的银基体经无水乙醇、蒸馏水冲洗，干燥后即可在银基体上得到自支撑型的硫化银薄膜材料，本发明适用于多种硫源作为硫化剂，采用一步直接硫化法制备硫化银材料，该电极材料具有优异的催化二氧化碳还原活性且适用于水溶液及离子液体介质；该方法制备的硫化银材料具有制备方法简单，条件温和，成本廉价，易规模化等优势。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种自支撑型硫化银催化二氧化碳还原电极材料的制备方法、产品及应用。

背景技术

化石燃料的快速消耗，以及不断增加的人口和被过度砍伐的森林，是致使大气中二氧化碳浓度提升的主要罪魁祸首。过量的二氧化碳浓度会加剧温室效应，导致平均温度上升，对全球气候和环境构成巨大的挑战。但实际上，二氧化碳也是一种潜在的碳资源。CO₂RR技术可利用清洁可再生能源产生的电力，直接将二氧化碳转化为增值化学品(一氧化碳、甲酸盐、碳氢化合物、含氧化合物等)，从而实现碳资源的理想循环。

目前，CO₂RR的瓶颈在于两方面：一方面是副反应的发生，即发生在溶液中的质子竞争反应。在水溶液中整个的CO₂RR过程中，析氢反应会与CO₂RR 竞争，这将极大的影响法拉第效率。因此在探索高效的CO₂RR电催化剂时，析氢反应是必须要考虑到的因素。另一方面是电极材料的选择性，电化学还原二氧化碳是一个多步骤反应过程，通常包含两电子、四电子、六电子、八电子反应路径。使用的电催化剂以及施加的电极电位对最终还原产物有巨大的影响，一般来说，反应的产物是各种不同氧化态的碳化合物的混合，通常会包括一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯、乙醇等。提供一种合适的催化剂有利于得到单一的产物，便于后续工艺的进行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种自支撑型硫化银催化二氧化碳还原电极材料的方法、产品及应用，硫化银电极对析氢反应的中间产物H的吸附能较大，不利于H的吸附，因此其析氢过电位较大，而硫化银电极对CO₂还原过程的中间产物CO的吸附能适中，有利于CO₂还原反应的进行，同时硫化银材料电催化反应的选择性较好，其催化二氧化碳还原得到一氧化碳的效率高达 85％以上。

本发明的技术方案之一：一种自支撑型硫化银催化二氧化碳还原电极材料的方法，包括以下步骤:

(1)离子液体体系的配制：配制低共熔型离子液体，然后将硫盐前驱体加入到低共熔型离子液体中，经充分搅拌混合均匀后得到离子液体硫盐复合溶液体系；

(2)将银基体依次用稀硫酸浸泡、无水乙醇浸泡、稀硫酸浸泡、去离子水冲洗对基体表面进行脱氧化层和去油脂等清洁处理；

(3)将经步骤(2)表面预处理好的材料作为基体，在步骤(1)配制的离子液体-硫盐复合溶液体系中进行硫化，将硫化后的基体经无水乙醇、去离子水反复冲洗，干燥后即可在基体表面得到硫化银电极材料。

优选的，步骤(1)所述的低共熔型离子液体为氯化胆碱-尿素组合的 Reline体系、氯化胆碱-乙二醇组合的Ethaline体系和氯化胆碱-丙三醇组合的 Glyceline体系中的一种；

优选的，所述的氯化胆碱-尿素低共熔型离子液体中氯化胆碱和尿素摩尔比为1:2，氯化胆碱-乙二醇低共熔型离子液体中氯化胆碱和乙二醇摩尔比为1:2，氯化胆碱-丙三醇低共熔型离子液体中氯化胆碱-丙三醇摩尔比为1:2。

优选的，步骤(1)所述的硫盐前驱体为硫脲或硫化钠；

优选的，步骤(1)所述的离子液体硫盐复合溶液体系中硫盐前驱体含量为0.1mM～1M；