[发明专利]一种纳米花状硫化物的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种纳米花状硫化物的制备方法，包括：将锌盐、铟盐、硫代乙酰胺和水混合，加热至120℃～180℃进行反应，得到纳米花状硫化物，所述铟盐和所述锌盐的摩尔比为1：(0～2)。本申请还提供了纳米花状硫化物的应用。与现有技术相比，本发明通过调节反应物比例的简单方法实现了对硫化物形貌和物相的调节，且与硫化铟对比，硫铟锌在高电流下能长时间保持形貌和含硫量不变，因此其具有优异的二氧化碳电催化稳定性，在较长的电解时间内具有较高的甲酸法拉第效率与电流密度。

技术领域

本发明涉及电催化二氧化碳还原技术领域，尤其涉及一种纳米花状硫化物的制备方法及其应用。

背景技术

自19世纪以来，为了维持经济的快速发展和人口的快速增长，煤炭、石油以及天然气等化石燃料被大量消耗，导致大气中二氧化碳的浓度急剧上升，这引起了人们对全球变暖等环境问题的极大关注。因此，采取措施减少二氧化碳排放，对二氧化碳进行转化和利用成为当下研究的热点。相对于其他技术手段，电力催化CO₂还原为高附加值化学品具有设备简单、价格低廉、绿色环保等优点，被认为是CO₂资源化中最有发展前景的一种转化技术。

在所有二氧化碳还原产物中，如一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、甲酸盐(HCOO^-)、乙烯(C₂H₄)、乙酸盐(CH₃COO^-)、乙醇(C₂H₅OH)和正丙醇(C₃H₇OH)中，甲酸盐具有选择性高、运输便携、稳定性好的优点，同时也可作为化学原料直接参与工业合成。尽管在开发用于将二氧化碳电化学还原为甲酸的催化剂方面取得了一系列突破，但在现实操作中，产物存在的法拉第效率低、选择性差、电流小、稳定性差以及产物难分离等问题严重制约着二氧化碳电还原生成甲酸的产业化应用。

近年来，金属硫化合物由于其金属边缘的高活性以及硫元素活化水分子的协同作用，在CO₂电化学还原为甲酸邻域中引起了广泛关注。然而，在CO₂电还原的高电流还原条件下，这些电催化剂的结构和组成可能会发生变化，导致甲酸法拉第效率低、甲酸选择性和稳定性差等。其中，硫化铟在高电流下会被还原成铟单质，体相内的硫元素会全部溶解到电解液中，限制了CO₂电化学还原为甲酸性能的提升和长时间的高选择性。硫化锌是一种在还原电流下极其稳定的材料，这归因于锌离子与硫离子成键的强相互作用。然而，硫化锌没有CO₂电化学还原性质。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米花状硫化物的制备方法，本申请制备的纳米花状硫化物应用于电催化CO₂还原中，具有优异的二氧化碳电催化稳定性，且具有较高的甲酸法拉第效率与电流密度。

有鉴于此，本申请提供了一种纳米花状硫化物的制备方法，包括：

将锌盐、铟盐、硫代乙酰胺和水混合，加热至120℃～180℃进行反应，得到纳米花状硫化物，所述铟盐和所述锌盐的摩尔比为1：(0～2)。

优选的，所述铟盐和所述锌盐的摩尔比为1：(0.5～1)时，所述硫化物为硫铟锌；所述铟盐和所述锌盐的摩尔比为1:0时，所述硫化物为硫化铟；所述铟盐和所述锌盐的摩尔比为1:2时，所述硫化物为硫铟锌和硫化锌。

优选的，所述锌盐为氯化锌，所述铟盐为氯化铟。

优选的，所述铟盐和所述锌盐的总量与所述水的比例为(3～5)mmol：150ml。

优选的，所述水热反应的温度为140～160℃，时间为2～8h。

优选的，所述水热反应之后还包括：

将得到的产物降温至室温，离心、洗涤，并在真空下干燥4～5h。