[发明专利]一种铟-三氧化二铟异质纳米材料复合电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铟‑三氧化二铟异质纳米材料复合电催化剂及其制备方法和应用，通过简便的水热反应技术，与铟复合来提高三氧化二铟的电催化二氧化碳活化活性，以氢氧化铟为模板，经过洗涤，干燥，煅烧，还原等一系列过程，制备得到铟‑三氧化二铟异质纳米片复合材料。铟‑三氧化二铟异质纳米片复合材料具有成本低、合成温度低、产物纯度高、比表面积大、二氧化碳活化性能好等优点。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，更具体地说涉及一种铟-三氧化二铟异质纳米材料复合电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的发展和人口的激增，人类活动所排放的大量二氧化碳已引起全球气候变暖。未来几十年化石燃料作为主要能源的趋势不会消失，所以如何利用捕集，储存二氧化碳成为科学研究的热点。利用电能，在催化剂作用下进行二氧化碳活化，对于缓解当今社会面临的能源短缺和环境污染问题有着非常重要的研究价值和应用前景。Lorenz等人用纯的三氧化二铟作为催化剂，发现了在甲醇蒸汽重整反应中形成的一氧化碳少于5％，二氧化碳选择性几乎为100％。之后，人们开始投入大量精力研究各种半导体催化剂的二氧化碳活化性能。三氧化二铟具有独特的物理性质，包括其光学透明性和导电性以及对氧化(例如，NO₂，Cl₂和O₃)的高敏感性，还原(例如，H₂，CO和CH₄)，酸性(例如，CO₂)和碱性(例如NH₃)气体在电子设备，太阳能转换以及气体传感应用中引起了人们的关注。然而，由于通常意义上的块体In₂O₃活性较低，且电化学二氧化碳还原为甲酸的产物选择性普遍不高，使得它在应用方面受到很大限制。因此，发展有效的、低能耗的方法来合成高稳定性、高活性的In₂O₃电催化剂仍然是一个很大的挑战。

通过构筑异质结构可以有效的提高半导体光催化剂的性能和稳定性。对于异质催化剂，电荷分离和表面反应是实现转化效率的关键性因素。目前有报道，三氧化二铟纳米片上掺杂氧化铝纳米颗粒可以提高丙烷产率。因此，发展新型的方法来制备高稳定性、高活性的用于电催化二氧化碳活化的铟-三氧化二铟异质纳米片复合材料显得尤为重要。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，由于通常意义上的块体In₂O₃活性较低，且电化学二氧化碳还原为甲酸的产物选择性普遍不高，使得它在应用方面受到很大限制，提供了一种铟-三氧化二铟异质纳米材料复合电催化剂及其制备方法和应用，铟-三氧化二铟异质纳米片复合材料具有成本低、合成温度低、产物纯度高、比表面积大、二氧化碳活化性能好等优点。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种铟-三氧化二铟异质纳米材料复合电催化剂及其制备方法，所述铟-三氧化二铟异质纳米片复合材料的厚度为1-3微米，所述铟-三氧化二铟异质纳米片复合材料为异质结构，还原后为部分非晶态结构，晶态和非晶态区域之间存在明显的边界，按照下述步骤进行：

步骤1，将硝酸铟置于去离子水分散均匀后，再向上述溶液中加入尿素，分散均匀后置于水热反应釜中，置于100-180℃下反应12-24h后，离心、洗涤、干燥后，得到氢氧化铟，其中，硝酸铟、尿素和水的质量体积比为(451.0-452.0)mg：(360.0-361.0)mg：(20-40)ml；

步骤2，将步骤1得到的氢氧化铟置于空气气氛下，以2-6℃/min的升温速度升温至450-650℃后，煅烧1-4h后，自然冷却至室温20-25℃，得到三氧化二铟；