[发明专利]一种原位生长的银纳米团材料及其制备方法和电催化还原CO2

说明书

本发明属于电催化技术领域，公开了一种原位生长的银纳米团材料及其制备方法和电催化还原CO₂应用，该银纳米团材料包括银基底和负载在基底上的银纳米团颗粒。其制备为：1)以银基底作为工作电极，施加恒电压进行阳极氧化处理，银基底上直接生长Ag₃PO₄颗粒；2)以步骤1)得到的负载有Ag₃PO₄颗粒的银基底，恒电压进行阴极还原处理，银基底上的Ag₃PO₄颗粒变为银纳米团颗粒。所得银纳米团材料具有高比表面积和充足的低配位表面活性位点，在电催化还原CO₂的应用中表现出高CO法拉第效能，且制备过程易于控制，环境友好，是具有高应用前景的电催化材料。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种原位生长的银纳米团材料及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会，化石燃料燃烧排放大量CO₂，打破了其原有的生产与消耗的平衡，逐渐发展成为紧迫的全球环境问题。以CO₂为主的温室气体的积聚加速极地冰川融化，致使海平面上升、极端天气频发，严重影响人类的可持续发展。利用太阳能、风能等清洁的可再生能源将CO₂转化为具有高能量密度的CO，有望帮助人类减少二氧化碳排放，降低对不可再生能源的依赖及其对生态环境的恶劣影响，实现零碳循环经济，缓解人类当前面临的能源短缺和环境污染两大难题。

二氧化碳还原产物复杂多样，分离成本高昂，因此，具有高催化活性、高选择性以及良好稳定性的催化材料对提升二氧化碳电催化的转化效率具有决定性作用。贵金属表现出优异的CO₂电催化活性，但高成本限制了其广泛的应用，Ag基催化材料由于导电性好、储量丰富、价格低廉且在碱性介质中具有较高的电化学和化学稳定性，已经成为一种更有应用前景的高CO₂电还原活性催化材料。纳米技术是一个重要的现代研究合成领域，纳米银粒子催化材料因为具有高比表面积和充足的低配位表面活性位点而在电催化还原CO₂反应中表现出更高的一氧化碳选择性和更快的反应动力学。

因此，开发一种直接在银基底上生长高密度银纳米团的方法具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供了一种原位生长的银纳米团材料及其制备方法和应用，纳米团状银颗粒提供了高比表面积，进而暴露更多的边缘和角落反应位点，增强了中间体的吸附能力，对提高CO₂还原反应的性能、提高CO₂还原反应的内在活性、抑制析氢等方面起着至关重要的作用。

实现本发明目的的技术方案具体为：

一种原位生长的银纳米团材料，包括银基底和负载在基底上的银纳米团颗粒，所述银基底厚度为0.05mm，所述银纳米团颗粒直径为100～500nm，其制备步骤如下：

1)以银基底为工作电极，施加恒电压进行阳极氧化处理，银基底上直接生长Ag₃PO₄颗粒，得到负载有Ag₃PO₄颗粒的银基底；

2)以步骤1)得到的负载有Ag₃PO₄颗粒的银基底，恒电压进行阴极还原处理，银基底上的Ag₃PO₄颗粒变为银纳米团颗粒。

按上述方案，步骤1)中，银基底为银箔，银箔经过机械抛光预处理。

按上述方案，步骤1)中，阳极氧化处理工艺为：以银基底为工作电极，钛为对电极，酸为电解液，工作电压为1.0～2.7V；电化学处理时间为200～900s。

按上述方案，酸为H₃PO₄，质量百分浓度为10％～98％。