[发明专利]一种铜-铋气凝胶、电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜‑铋气凝胶、电极及其制备方法和应用。铜‑铋气凝胶的制备方法包括如下步骤：将含有铜盐和还原剂的混合液和铋盐混合后，反应，分离得水凝胶，干燥即得；其中，铜离子和铋离子的摩尔数之比为(5‑100):1；所述还原剂的摩尔数至少为铜盐和铋盐摩尔数总和的1.5倍。本发明所制得的铜‑铋气凝胶可电催化还原CO₂，除了可获得CO和HCOOH之外，还可获得CH₄和C₂H₄，实现了对产物选择性的调控，并且电流密度较高，制备方法简单，成本低，具有优异的电催化还原CO₂性能。

技术领域

本发明涉及一种铜-铋气凝胶、电极及其制备方法和应用。

背景技术

自第一次工业革命以来，化石燃料(石油、煤、天然气等)逐渐被人类应用为主要能源，同时带来了大量的二氧化碳排放。大气中高浓度的CO₂含量会带来一系列的环境问题，例如全球气候变暖，土地荒漠化，海洋酸化等。利用太阳能、风能、潮汐能等途径所获得的清洁电能，进一步将CO₂还原为具有高附加值的化学品或化学燃料进而实现碳循环是解决这一问题的重要方法。

在目前已知的所有金属中，铜(Cu)是目前已知的唯一一种可以将CO₂电还原为碳氢化合物的金属，但其面临着产物选择性差的问题。并且其产物主要为CO、H₂和甲酸盐，种类单一，应用领域有限。

现有技术中公开了将亲氧的过渡族金属铋(Bi)与Cu结合，可以抑制二氧化碳还原反应(CO₂RR)过程中的竞争性析氢反应，一定程度上解决产物选择性差的问题。但目前大多数报道的铜-铋双金属气凝胶都只对甲酸盐表现出高选择性，但是在对甲酸盐选择性最优的电位下，电流密度较低(低于20mA cm^-2)。

因此，如何实现CO₂还原产物多样化，以及提高产物的电流密度，对于实现碳循环以及扩大还原产物的应用范围具有重大意义。

发明内容

本发明为了克服现有技术中还原CO₂产物单一、电流密度低的缺陷，提供了一种铜-铋气凝胶、电极及其制备方法和应用。本发明所制得的铜-铋气凝胶可电催化还原CO₂，除了可获得CO和HCOOH之外，还可获得CH₄和C₂H₄，实现了对产物选择性的调控，并且电流密度较高，制备方法简单，成本低，具有优异的电催化还原CO₂性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种铜-铋气凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

含有铜盐和还原剂的混合液与铋盐混合后，反应，分离得水凝胶，干燥即得；

其中，铜离子和铋离子的摩尔数之比为(5-100):1；所述还原剂的摩尔数至少为所述铜盐和所述铋盐摩尔数总和的1.5倍。

本发明中，所述含有铜盐和还原剂的混合液中较佳地不包含稳定剂。

其中，所述稳定剂可为本领域常规使用的稳定剂，例如包括不限于NaCA(柠檬酸钠)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、CTAB(溴化十六烷基三甲铵)β-alanine(Β-丙氨酸)、MPA(巯基乳酸)、PSS(聚苯乙烯磺酸钠)和NaDC(脱氧胆酸钠)中的一种或多种。

本发明中，所述铋盐的种类可为本领域常规，较佳地为氯化铋或者硝酸铋。

本发明中，所述铋盐一般以溶液的形式添加。

其中，当所述铋盐以溶液的形式添加时，采用的溶剂可为本领域常规能够溶解铋盐的溶剂，例如水。