[0006] 针对本领域存在的不足之处,本发明提供了一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极的制备方法,操作方便、简单易行,无需特殊的设备仪器和化学试剂,制备得到的电极稳定性高、不含任何贵金属,成本低廉,易于推广应用。
[0007] 一种用于还原二氧化碳产甲酸的电极的制备方法,包括:将Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料(Zn0.5Cd0.5S/CoP NWs)、多壁碳纳米管和表面活性剂溶于乙二醇中,将泡沫镍在上述溶液中浸渗,取出烘干制得负载Zn0.5Cd0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极,记为Zn0.5Cd0.5S/CoP NWs/MWNTs/泡沫镍电极。
[0008] 本发明将复合材料Zn0.5Cd0.5S/CoP NWs与多壁碳纳米管混合,通过浸渗的方法固定在泡沫镍电极上,在等离子体技术下,还原二氧化碳产甲酸。
[0009] 本发明的基底电极用可塑性强、可重复使用的普通泡沫镍作支撑材料,直接通过商购获得。泡沫镍基底与Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料、多壁碳纳米管具有良好的兼容性,可发挥出更好的协效作用。
[0010] 作为优选,所述的泡沫镍在浸渗前先在盐酸中浸泡、超声,然后取出洗涤、干燥,以除去表面氧化层。
[0011] 所述的Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料与多壁碳纳米管的质量比为0.5~1:1。
[0012] 所述的表面活性剂没有特殊要求,可使用本领域常用的表面活性剂,如十二烷基苯磺酸钠等。
[0013] 所述的Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料中,Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的质量比为5~15:1。
[0014] 所述的Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料的制备方法包括:将Zn0.5Cd0.5S固体溶体分散在水中,超声制得悬浮液,然后在搅拌下将CoP纳米线加入所述悬浮液中,混合均匀后离心、干燥得到所述的Zn0.5Cd0.5S固体溶体和CoP纳米线的复合材料。
[0015] 所述的Zn0.5Cd0.5S固体溶体的制备方法包括:将醋酸锌、醋酸镉和硫代乙酰胺溶解在水中,然后在搅拌下加入NaOH水溶液,进行溶剂热反应,将所得沉淀物洗涤、干燥得到Zn0.5Cd0.5S固体溶体。
[0016] 所述的醋酸锌、醋酸镉、硫代乙酰胺、NaOH的摩尔比为1:1:(2~3):(5~10)。
[0017] 所述溶剂热反应的温度为170~190℃,反应时间为16~32h。
[0018] 所述的CoP纳米线的制备方法包括:
[0019] (1)将氯化钴、尿素溶解在水中,进行溶剂热反应,将所得沉淀物洗涤、干燥、焙烧得到Co3O4纳米线;
[0020] (2)将NaH2PO2和步骤(1)得到的Co3O4纳米线分装在两个容器中,然后将两个容器置于同一氮气氛围中进行加热,得到CoP纳米线。
[0021] 步骤(1)中,所述的氯化钴和尿素的摩尔比为1:0.8~1.2。
[0022] 步骤(1)中,所述溶剂热反应的温度为95~105℃,反应时间为6~18h。
[0023] 步骤(1)中,所述焙烧的温度为350~450℃,时间1~3h。
[0024] 步骤(2)中,所述的NaH2PO2和Co3O4纳米线的摩尔比为10~20:1。
[0025] 步骤(2)中,所述加热的温度为250~300℃,时间为1~3h。
[0026] 本发明又提供了一种所述的用于还原二氧化碳产甲酸的电极的制备方法制备得到的负载Zn0.5Cd0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极。
[0027] 本发明还提供了一种所述的负载Zn0.5Cd0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极在还原二氧化碳产甲酸中的应用。
[0028] 所述的负载Zn0.5Cd0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极在还原二氧化碳产甲酸中的应用,具体为:以碳酸盐溶液为电解液,所述的负载Zn0.5Cd0.5S固体溶体、CoP纳米线和多壁碳纳米管的泡沫镍电极为电极,电极置于电解液中,介电挡板水平置于电解液上方,电极与介电挡板之间的区域为放电区域,采用介质阻挡放电等离子体催化还原CO2产甲酸。
[0029] 作为优选,所述介电挡板与电解液表面的距离为2~8mm,介质阻挡放电采用10~50V的脉冲电压,1~10kHz的脉冲频率。
[0030] 本发明与现有技术相比,主要优点包括:
[0031] (1)本发明将Zn0.5Cd0.5S固体溶体半导体和具有刚性一维纳米结构的CoP纳米线合理结合,使其具有优异的金属导电性,从而有利于其还原二氧化碳活性的提高。
[0032] (2)采用本发明催化剂进行二氧化碳还原,其产生的甲酸速率为91.14μmol·h-1。
[0033] (3)本发明简单易行,且原料中不含任何贵金属,各元素在自然界中的储量丰富,有利于推广应用。
[0034] (4)本发明制得的电极稳定性和还原二氧化碳产甲酸的选择性明显提高。