[发明专利]一种BiAg纳米合金催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种BiAg纳米合金催化剂，其组分为Ag、Bi和Bi₂O₃，具有核壳结构，其中的壳层富含以Bi₂O₃形式存在的Bi，内核富含以单质形式存在的Ag，且其由包括均苯三甲酸(H₃BTC)、AgNO₃和Bi(NO₃)₃在内的原料制成，其中均苯三甲酸(H₃BTC)、AgNO₃和Bi(NO₃)₃的质量比为1.5‑1.6∶0.12‑0.13∶0.29‑0.30。本发明具有较好的二氧化碳还原产甲酸活性：其只有190mV的极低电催化过电位，对应的电流密度为100mA cm^‑2，并具有93.2％的产甲酸盐法拉第效率；在超宽电位窗口1000mV下，实现了超过90％产甲酸盐法拉第效率；在300h内具有的稳定性电流和产甲酸法拉第效率，这使得该催化剂成为性能最好的Bi基电催化剂之一。

技术领域

本发明属于Bi基催化剂技术领域，具体涉及一种BiAg纳米合金催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，全球经济严重依赖化石燃料的使用。化石燃料的大量消耗导致了CO₂大量的排放，加剧了全球温室效应。为了缓解温室效应，实现可持续能源生产，众多研究人员集中精力研究利用电化学技术将CO₂还原为高附加值化学品或燃料(eCO₂RR)，以缓解能源短缺，同时缓解全球变暖。而开发先进的电催化剂是其中的关键。

铋(Bi)是一种无毒且经济的金属。Bi的氢反应(HER)活性较低，CO₂还原为甲酸的活性较高，因此被认为是一种很有前景的eCO₂RR电催化剂。根据最近的技术经济分析，甲酸盐(或甲酸)被认为是每摩尔电子价值最高的eCO₂RR产品，且甲酸被广泛用于各种应用，如制药或纺织工业的原料和氢载体燃料。

目前，已有多方面的努力致力于调整Bi基催化剂的结构组成、尺寸大小和表面形态，以实现更高的eCO₂RR活性。例如，在水溶液中，具有许多低配位的超薄铋纳米片可以有效地将CO₂还原成甲酸盐，法拉第效率高达90％。由于异质金属之间具有几何效应和电子效应，为此研究人员开发了铋基双金属，增强了CO₂电还原活性。例如，双金属BiSn和BiCu、BiPd和BiCe对eCO₂RR的催化活性和甲酸盐选择性都较单金属Bi更高。不过，在已报道的催化剂中，虽然甲酸盐的法拉第效率达到了95％以上，但其产甲酸盐的过电位相对较高(大于300mV)，只能在较窄的电位窗口(小于500mV)实现90％的产甲酸盐法拉第效率，以及长时间电解的稳定性较差(小于50h)，阻碍了Bi基催化剂在电还原CO₂产甲酸盐的实际应用。因此，开发更有前景的Bi基电催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种BiAg纳米合金催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述BiAg纳米合金催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述BiAg纳米合金催化剂的应用。

本发明的技术方案如下：

一种BiAg纳米合金催化剂，其催化组分为Ag、Bi和Bi₂O₃，具有核壳结构，其中的壳层富含以Bi₂O₃形式存在的Bi，内核富含以单质形式存在的Ag，