[发明专利]间隙和置换Sn掺杂的硫化铋材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种间隙和置换Sn掺杂的硫化铋材料及其制备方法和应用。本发明使用二水氯化亚锡、硫代乙酰胺和氯化铋通过水热法制备了一种间隙和置换Sn⁴⁺掺杂的硫化铋材料，其具有更高的催化活性，将其用于电催化二氧化碳还原反应中，具有创新性的意义。在电催化领域具有较大的研究和应用潜力。

技术领域

本发明属于材料制备及电催化领域，具体是提出一种用于电催化二氧化碳还原的间隙和置换Sn⁴⁺掺杂的硫化铋材料。

背景技术

将温室气体CO₂化学转化为有附加值的化工原料或燃料是固定CO₂的一条有希望的途径，从而缓解CO₂排放的不断增加以及化石燃料日益短缺所造成的能源压力。以可再生能源（如太阳能、风能和潮汐能）为动力的CO₂电化学还原反应（CO₂RR）作为实现环境和能源可持续性的一种有前景的战略，已引起越来越多的关注。然而，同时获得理想的活性和满意的选择性通常受到CO₂分子的化学惰性、复杂的CO₂RR途径和水溶液中析氢反应（HER）的限制。因此，非常需要开发具有优异活性和选择性的电化学还原CO₂电催化剂

一般来说，通过使用不同的电催化剂，可以从CO₂RR中获得CO、甲酸盐、甲醇、乙烯等。在这些增值产品中，甲酸盐（或液体甲酸）非常有吸引力，因为它是化工产品的关键原料。由于甲酸盐的特点，如易于储存和运输以及高体积氢密度，它也被视为燃料电池中有价值的氢载体。通常，一些金属，如Pb、Hg、In和Cd，被报道为电催化剂，可以有效地将CO₂还原为甲酸盐。然而，许多重金属具有剧毒性或者价格昂贵，因此不适合实际应用。近年来，环保型铋基电催化剂因其成本低、选择性高而备受关注。但是一些硫化铋基催化剂，它们的选择性和活性往往不尽人意。

总体而言，用于CO₂还原的有前景的电催化剂应具有低过电位、高电流密度和良好稳定性，同时应强烈抑制HER以产生具有高选择性的所需产物。

发明内容

本发明提出一种间隙和置换Sn⁴⁺掺杂的Bi₂S₃材料的用于电催化二氧化碳还原制甲酸盐的催化剂。该电催化剂具有良好的电催化二氧化碳还原效果、产物利用价值高、成本低、制备工艺简单便捷，为电催化技术领域的发展提供了更多理论依据。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种间隙和置换Sn⁴⁺掺杂的Bi₂S₃材料——Sn_x-Bi₂S₃ (x代表Sn与Bi的摩尔比)，利用二水氯化亚锡、硫代乙酰胺和氯化铋通过水热反应产生Sn_x-Bi₂S₃，其中当x=1/24时，电催化二氧化碳还原制甲酸盐的效果最好。

所述的Sn_x- Bi₂S₃的制备方法如下：

首先将氯化铋、二水氯化亚锡、去离子水、盐酸置于烧杯中，充分搅拌至澄清溶液，将硫代乙酰胺加入上述溶液，剧烈搅拌20分钟，将上述溶液置于聚四氟乙烯水热反应釜中，从室温升温至160 ℃，保温6小时，洗涤、干燥得到Sn_x- Bi₂S₃。

优选的锡源是二水氯化亚锡。

优选的铋源是氯化铋。

优选的反应温度是160℃。

优选的反应时间是6小时。

使用的溶剂为去离子水，并加入盐酸使氯化铋溶解。