[发明专利]一种2,6-二氨基吡啶/银多孔光电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种2,6‑二氨基吡啶/银多孔光电极材料及其制备方法和应用；该光电极材料由含有硅纳米线的基底，沉积在硅纳米线上的银纳米颗粒，以及与银纳米颗粒形成配位的2,6‑二氨基吡啶组成。该光电极材料采用节能价格低廉的方法合成，对光电催化还原CO₂具有超高的催化活性，且对还原产物CO的选择性极高，最优反应条件下，对CO的选择性高达84.56％，相较p‑Si/Ag对照样品提高了近24％。此外，本发明提供的光电极材料在光电催化还原二氧化碳制一氧化碳的应用中，极大地节省了还原CO₂所需的能量，提高了CO₂RR过程的活性和目标产物CO的选择性，有利于实现国家双碳目标，具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳吸附技术领域，具体涉及一种新型多吸附位点的2,6-二氨基吡啶/银多孔光电极材料及其制备方法和应用

背景技术

传统化石燃料的持续过度消耗导致大气中的二氧化碳含量持续升高，而二氧化碳是一种温室气体，过高的二氧化碳浓度将导致气候变化、海平面上升、海洋酸化等各种全球性的环境问题。同时，国家提出了力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略目标。光电催化还原CO₂是一种有效降低大气中二氧化碳浓度的方法。半导体硅的带隙为1.1eV，有很好的光学性能，是一种良好的光电极，但其本身在CO₂RR过程中的活性和生成产物CO的选择性不高。如何设计并制备一种高效、高选择性的光电极，能打破非常稳定的C＝O键来激活CO₂，将其转化为CO，在降低大气中CO₂含量的同时，能将产物CO应用于化工费托反应的原料来实现资源化利用是当前的主要挑战。

由于银具有储量丰富、价格低廉、光电催化效率高等特点，且其光电催化还原CO₂的主要产品是一氧化碳，易于运输，因此，选择银纳米颗粒作为硅纳米线还原CO₂的活性催化中心。然而，进一步提高电极在光电还原二氧化碳方面的催化活性与选择性仍是一个挑战。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种p-Si/Ag/2,6-DAP多孔光电极的制备方法及其在温室气体二氧化碳减排中的应用。

第一方面，一种2,6-二氨基吡啶/银多孔光电极材料，由含有硅纳米线的基底，沉积在硅纳米线上的银纳米颗粒，以及与银纳米颗粒形成配位的2,6-二氨基吡啶(2,6-DAP)组成。

作为优选，所述的含有硅纳米线的基底，通过对单面抛光硅片进行金属辅助化学蚀刻方法制备得到。

作为优选，银纳米颗粒在硅纳米线上的沉积过程为：将硅纳米线加入到2wt％氢氟酸/1mM硝酸银的混合溶液中，使得银纳米颗粒沉积在硅纳米线上。

作为优选，2,6-二氨基吡啶与银纳米颗粒的结合过程为：将沉积有银纳米颗粒的硅纳米线加入到2,6-二氨基吡啶(2,6-DAP)的乙醇溶液中进行反应。

该2,6-二氨基吡啶/银多孔光电极材料中，在硅纳米线表面覆盖了一层银纳米颗粒，这种银纳米颗粒对还原CO₂活性催化起主要作用，又在银纳米颗粒表面覆盖了一层2,6-DAP；2,6-DAP有助于CO₂到银纳米颗粒表面的传递与吸附，提高CO₂转化的活性与产物CO的选择性，其中对CO的选择性高达84.56％。此外，p-Si/Ag2,6-DAP能降低反应过程中所需的施加电压，从而降低能耗。

该2,6-二氨基吡啶/银多孔光电极材料的制备方法，包括以下步骤：