[发明专利]一种厚度为1.5nm铋纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种厚度为1.5nm铋纳米线及其制备方法和应用，属于纳米线制备方法技术领域。该方法将氯化铋加入到乙二醇乙醚溶液中，超声搅拌均匀直至溶液澄清，放置于油浴中，在惰性气体的保护下，升温反应，然后加入NaI溶液，再升温反应，冷却至常温后，放置于超声仪器中搅拌超声，同时快速加入NaBH₄还原液，得到厚度为1.5nm铋纳米线。本发明还提供上述制备方法得到的厚度为1.5nm铋纳米线。本发明还提供上述厚度为1.5nm铋纳米线在电催化还原CO₂中的应用。本发明的Bi纳米线材料在宽谱窗口‑0.48V vs.RHE～‑0.98V vs.RHE下，生成甲酸的法拉第效率均能维持在85％以上。

技术领域

本发明属于纳米线制备方法技术领域，具体涉及一种厚度为1.5nm铋纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的快速发展，大量的化石燃料的使用导致了大气中二氧化碳浓度的急剧升高，由此引发一系列环境问题，如温室效应、沙漠化、全球变暖等。电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)用可再生能源(如太阳能，风能和潮汐能等)产生电能驱动反应，将二氧化碳转化为高附加值的化学产品，如甲烷、甲酸、乙醇等，是减轻相关环境危机的最具前景的方法之一，有利于实现真正意义的碳循环。然而，受限于反应物CO₂本身的惰性、缓慢的多电子转移动力学以及析氢竞争反应，使得大多数电催化剂的催化活性和选择性均较低。因此，开发经济、稳定、高效的CO₂还原电催化材料是实现电化学CO₂还原技术大规模应用的关键所在。

CO₂还原反应路径复杂，产物众多。从市场价格上来说，含有两个碳原子以上的C2+产物(如乙烯，乙醇，丙醇等)具有更高的工业价值，但根据目前最先进的技术水平来看，含有多个碳原子的长链产物的反应选择性太低，远远不能满足工业生产的要求。因此，通过电化学CO₂还原技术生产小分子的化学产品如一氧化碳或甲酸是目前最具实用性的方案。其中，甲酸(或甲酸盐)是CO₂还原的重要液体产物，反应路径简单，只涉及两个电子的转移。此外，甲酸也是重要的储氢材料和一种关键的化学中间体，具有重要的工业意义。然而，高能量效率和可规模化的电催化CO₂技术要求催化剂在低过电位下具有高反应活性和选择性；可是目前大多数的催化剂都面临高的过电位和低的法拉第效率等问题，导致实际工作中的能源转化效率低下，不能满足工业化的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的CO2催化剂存在高的过电位和低的法拉第效率的问题，而提供一种厚度为1.5nm铋纳米线及其制备方法和应用。

本发明首先提供一种厚度为1.5nm铋纳米线的制备方法，该方法包括：

称取氯化铋加入到乙二醇乙醚溶液中，超声搅拌均匀直至溶液澄清，放置于油浴中，在惰性气体的保护下，升温至60-80℃搅拌反应，然后加入NaI溶液，再升温至140-160℃反应，冷却至常温后，放置于超声仪器中搅拌超声，同时快速加入NaBH₄还原液形成黑灰色的分散液，然后将产物经过滤洗涤和干燥，得到厚度为1.5nm铋纳米线。

优选的是，所述的氯化铋、NaI溶液和NaBH₄还原液的摩尔为(1-3)：0.05：(50-60)。

优选的是，所述的在80℃下反应时间为30-40min。

优选的是，所述的在160℃下反应时间为30-40min。

本发明还提供上述制备方法得到的厚度为1.5nm铋纳米线。

本发明还提供上述厚度为1.5nm铋纳米线在电催化还原CO₂中的应用。