一种电催化材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电催化，尤其是涉及一种电催化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着人类社会的高速发展和化石燃料的过度使用，能源危机和全球变暖日益严重。实现“碳中和”和“净零碳排放”已成为全球各国现阶段的主要任务。电催化co2还原反应(co2rr)可以将co2转化为增值化学品、材料和燃料等，被认为是一个解决全球变暖和能源危机的有效策略。然而，co2是一个热力学十分稳定的非极性分子，使得co2rr过程极具挑战性，目前电催化co2还原转化还存在着选择性低、过电位高以及稳定性差等瓶颈问题。因此，设计构建高效催化的新型电催化剂极其重要。

2、目前，许多金属基催化剂(sn、bi、in、pd等)由于它们高析氢过电位，在co2还原生成甲酸中表现出良好的选择性。其中，非贵金属sn基催化剂具有成本低、毒性低、环境友好等优点，在co2rr中得到了最广泛的关注。但sn基电极在co2rr过程中由于其选择电位窗口窄和稳定性差使其进一步的应用受到阻碍。

3、因此，有必要开发一种新的电催化材料，使其具有高催化活性、电位窗口宽以及稳定性高。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种电催化材料，能够有效提高电催化活性、稳定性和宽的电位窗口。

2、本发明第二方面还提供一种电催化材料的制备方法。

3、本发明第三方面还提供一种电催化材料的应用。

4、本发明第四方面还提供一种电催化co2还原制取甲酸的方法。

5、根据本发明的第一方面实施例提供的一种电催化材料，所述电催化材料为硼元素掺杂的纳米二氧化锡；以电催化材料的总质量计，所述硼元素的质量百分比为0.5～5％。

6、根据本发明实施例的电催化材料，至少具有如下有益效果：

7、本发明提供的电催化材料为非金属硼元素掺杂的弱结晶态sno2纳米球，由于硼元素的引入，可有效增加sn活性位点的数量以及降低sno2表面*ocho中间体的形成能垒，能够有效提高电催化活性、稳定性和宽的电位窗口。

8、根据本发明的一些实施例，以电催化材料的总质量计，所述硼元素的质量百分比为1～3％。

9、根据本发明的一些实施例，所述电催化材料的平均粒径为40～60nm。

10、根据本发明的第二方面实施例提供上述所述的电催化材料的制备方法，包括如下步骤：

11、将含硼化合物、锡盐和水混合，进行回流反应，即得电催化材料。

12、根据本发明的一些实施例，所述锡盐的浓度为0.1～1.0mol l-1。

13、根据本发明的一些实施例，所述锡盐包括四氯化锡、硝酸锡、锡酸钠中的至少一种。

14、根据本发明的一些实施例，所述含硼化合物的浓度为200～1000mg l-1。

15、根据本发明的一些实施例，所述含硼化合物包括硼酸或三氧化二硼中的至少一种。

16、根据本发明的一些实施例，所述回流反应的温度为80～95℃。

17、根据本发明的一些实施例，所述回流反应的时间为2～5h。

18、本发明第三方面提供上述所述的电催化材料在电催化二氧化碳还原制甲酸中的应用。

19、本发明第四方面提供一种电催化co2还原制取甲酸的方法，包括如下步骤：

20、构建电化学反应体系，所述电化学反应体系包括工作电极，所述工作电极的基底上负载了上述所述的电催化材料，通电进行电催化反应。

21、根据本发明的一些实施例，所述电化学反应体系还包括电解反应装置、工作电极、参比电极、对电极、隔膜和电解液。

22、根据本发明的一些实施例，所述的电解反应装置包括h-型电解池和气体扩散电极。

23、根据本发明的一些实施例，所述工作电极的基底包括碳布、碳纸或碳纤维中的至少一种。

24、根据本发明的一些实施例，所述参比电极包括饱和甘汞电极(hg/hg2cl2)或银/氯化银(ag/agcl)参比电极。

25、根据本发明的一些实施例，所述的对电极包括材质为碳和/或铂的电极。

26、根据本发明的一些实施例，所述隔膜包括质子交换膜。

27、根据本发明的一些实施例，所述的电解液包括khco3溶液、koh溶液或离子液体中的至少一种。

28、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

技术特征：

1.一种电催化材料，其特征在于，所述电催化材料为硼元素掺杂的纳米二氧化锡；以电催化材料的总质量计，所述硼元素的质量百分比为0.5～5％。

2.根据权利要求1所述的电催化材料，其特征在于，以电催化材料的总质量计，所述硼元素的质量百分比为2～4％。

3.根据权利要求1所述的电催化材料，其特征在于，所述电催化材料的平均粒径为40～60nm。

4.权利要求1～3任一项所述的电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锡盐的浓度为0.1～1.0mol l-1。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含硼化合物的浓度为200～1000mg l-1。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含硼化合物包括硼酸或三氧化二硼中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述回流反应的温度为80～95℃。

9.根据权利要求1～3任一项所述的电催化材料在电催化二氧化碳还原制甲酸中的应用。

10.一种电催化co2还原制取甲酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种电催化材料及其制备方法和应用，其电催化材料为硼元素掺杂的纳米二氧化锡；以电催化材料的总质量计，该硼元素的质量百分比为0.5～5％。本发明提供的电催化材料为非金属硼元素掺杂的弱结晶态SnO2纳米球，由于硼元素的引入，可有效增加Sn活性位点的数量以及降低SnO2表面*OCHO中间体的形成能垒，能够有效提高电催化活性、稳定性和宽的电位窗口。

技术研发人员：侯晓刚,康向京,王正银,刘学明,邓洪,施本义,王明
受保护的技术使用者：兰州兰石中科纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16