[发明专利]一种纳米级二氧化锡的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种纳米级二氧化锡的制备方法及其应用。该方法将铜‑有机骨架材料与锡盐水溶液混合反应，离心干燥后得到前驱体混合物，然后煅烧该前驱体混合物获得二氧化锡，并且通过调控煅烧温度控制二氧化锡颗粒的粒径与分散性。该二氧化锡粉末对电催化二氧化碳还原反应具有良好的催化选择性和催化活性，在相对Ag/AgCl电极为‑1.2V～‑1.8V电位范围内对饱和二氧化碳气体的碳酸氢钾电解质水溶液进行恒电位电解时，电解产物主要为甲酸。

技术领域

本发明属于金属氧化物纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米级二氧化锡的制备方法及其应用。

背景技术

目前，随着人类工业化进程的不断发展，大气中的二氧化碳浓度不断生成，产生温室效应造成全球温度升高，从而导致海平面上升、土地荒漠化和物种灭绝等环境问题。

电催化二氧化碳还原反应(CO₂RR)是一种可以将温室气体转化为燃料的绿色技术，既能解决温室气体造成的环境问题，还可以解决人类面临的能源危机。然而，CO₂拥有高度稳定的化学结构，不容易发生反应。其中，CO₂RR电催化反应中第一步是向CO₂转移一个电子将其转化为CO₂-，需要爬升非常大的能垒因而动力学上反应难以进行，需要很大的过电位而大量耗费电能。而使用电催化剂可以降低反应的能垒加速反应进行。此外，CO₂RR电催化反应是一个多电子转移过程的反应，会产生众多的反应产物，这些产物混合在一起难以分离。

因此，开发低过电位、高效率、高选择性且稳定的CO₂RR电催化剂受到科研工作者们的广泛关注，是目前该领域的研究热点。

在CO₂的电化学还原中，人们大多关注的是金属材料，这方面的研究报道也很多，但是金属材料面临的一个很重要的问题是其稳定性，金属电极容易在长时间电解还原CO₂的过程中发生活性衰减。相比而言，金属氧化物在电解过程中比较稳定，基于这一点，人们试图开发出高稳定同时又具有高电流效率的金属氧化物作为催化剂。但是由于导电性的原因，可供选择的金属氧化物催化剂并不多。

发明内容

本发明提供一种制备纳米级二氧化锡的新方法，利用该方法能够制得纳米级二氧化锡，并且，本发明人发现该制得的二氧化锡对电催化二氧化碳还原反应具有良好的催化选择性和催化活性。

本发明提供的技术方案为：一种纳米级二氧化锡的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铜盐溶于甲醇，得到溶液A；将溶液A与配体的甲醇溶液混合均匀，得到混合溶液，离心、干燥，得到铜-有机骨架材料；

(2)将步骤(1)得到的铜-有机骨架材料、锡盐、水溶液搅拌混合，离心、干燥，得到前驱体混合物；

(3)将步骤(2)得到的前驱体混合物进行煅烧，即，在空气气氛中升温至300℃以上，保温一定时间，之后自然降温直到室温。

作为优选，所述的煅烧温度为400℃-600℃，进一步优选为450℃-550℃，最优选为500℃。

作为优选，所述的二氧化锡的粒径小于100纳米，进一步优选为小于50纳米。

作为优选，升温速率为5～10℃/min。

所述铜盐不限，可选自二水合氯化铜、三水合硝酸铜、五水合硫酸铜、六水合硝酸铜等中的一种或几种。

所述配体不限，可选自均苯三甲酸、联苯二甲酸和对苯二甲酸，优选均苯三甲酸。

作为优选，所述步骤(1)中，混合溶液中包括表面活性剂，所述表面活性剂不限，可选自聚乙烯吡咯烷酮、六亚甲基四胺、十六烷基三甲基溴化铵等中的一种或者几种。