[发明专利]一种表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂及其制备方法和应用，催化剂包括衬底及设置在所述衬底上的1,2,4‑三氮唑修饰的银纳米晶；所述衬底为多孔结构的碳纤维。与现有技术相比，本发明引入配体1,2,4‑三氮唑修饰，提高了催化剂在电催化二氧化碳还原制备一氧化碳反应中的电流密度和法拉第效率，即表明催化剂的高反应活性，选择性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳电还原可制备多种高附加值化学品和燃料，为促进化学键储能和全球范围的碳循环提供了一条有前景的道路。在过去的几十年里，种类繁多的材料都被用于二氧化碳电还原反应。在这些催化体系中，金属纳米晶如金基和银基催化剂由于其可调谐的电子结构和表面特性，被广泛用于制备一氧化碳。然而，水相电解液中存在剧烈的析氢反应，该竞争过程限制了大多数金属活性位点在工业级电流密度(j)(0.5A cm^-2)下对一氧化碳的高选择性。

因此，开发高效催化剂用于降低电解水析氢竞争反应，从而提高二氧化碳电还原生成一氧化碳的活性具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂及其制备方法和应用，该催化剂在电催化二氧化碳还原反应中具有高选择性、催化活性和稳定性。

本发明提供了一种表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂，包括衬底及设置在所述衬底上的1,2,4-三氮唑修饰的银纳米晶；

所述衬底为多孔结构的碳纤维。

在本发明中，所述催化剂中银纳米晶的负载量为0.5～1.0mg/cm²。

在本发明中，所述多孔结构的碳纤维作为衬底，使银纳米晶催化剂具有气体扩散通道。所述多孔结构的碳纤维为市售商品。具体实施例中，所述多孔结构的碳纤维优选为碳纸。所述碳纸的型号优选自28BC、29BC或38BC；具体实施例中，采用的碳纸的厚度为235微米，孔隙率为40～41％，电导率为2.0～2.3S/cm。

本发明通过向具备电催化二氧化碳还原制备一氧化碳能力的银纳米晶催化剂引入配体修饰，提高了其在电催化二氧化碳还原制备一氧化碳反应中的电流密度和法拉第效率，即表明了催化剂的高反应活性与选择性、稳定性。

本发明提供了一种上述技术方案所述表面具有配体修饰的银纳米晶催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1)在硫酸银水溶液中逐滴加入1,2,4-三氮唑的水溶液，反应，得到金属有机框架；

S2)在多孔结构的碳纤维上喷涂所述金属有机框架的醇分散液；

S3)电化学还原负载于多孔结构的碳纤维上的金属有机框架，得到表面修饰的银纳米晶催化剂。

本发明提供的方法简单，易于大量合成，成本低廉。

在本发明中，所述硫酸银和1,2,4-三氮唑的摩尔比为1:4～1:5。

在本发明中，所述步骤S1)中逐滴加入的速度为25～50mL/h；

所述步骤S1)中反应的时间为1～2h。

在本发明中，所述步骤S2)中分散液中醇的体积和金属有机框架的质量比为(2～4)mL:(8～16)mg。所述醇优选为乙醇。

在本发明中，所述步骤S3)中还原的电位为-0.2V～-0.7V，相对可逆氢电极。

在本发明中，所述步骤S3)中还原的时间为10～40min。