一种氧化铟纳米薄片及其制备方法和在二氧化碳电催化还原制备甲酸盐中的应用与流程

本发明涉及催化剂，具体涉及一种氧化铟纳米薄片及其制备方法和在二氧化碳电催化还原制备甲酸盐中的应用。

背景技术：

1、全球工业的飞速发展是以不可再生的化石燃料资源的极具消耗为代价，伴随着难以规避的温室气体产物co2爆炸式排放引发的环境污染与能源枯竭等问题。如何走出工业发展道路上的难以绿色化、可持续化的困境，是当前亟待探明的热点。因此，二氧化碳还原，成为了既可减少碳足迹，降低大气中co2含量，又能有效利用工业废料循环使用得到清洁能源和附加价值产物，从而解决资源再生难题的两全其美之法。从这一出发点，衍生出二氧化碳热催化还原，光催化还原，电催化还原等等方向。其中，二氧化碳电催化还原，因其便于调控的操作条件，以及发电来源可以利用太阳能，风能，潮汐能等再生能源的优势，成为发展中的热点。直至目前，尽管有许多电催化剂运用于二氧化碳还原，大部分催化剂仍依赖于使用贵金属如金，银，铂等，而贵金属价格高昂和含量稀少也成为这一类催化剂工业化和商业化的障碍。另一方面，考虑到传统电催化co2还原克服将co2活化为甲酸盐中间体co2·—*的高势垒，需要施加高负电势，导致反应消耗能量大，并且水解产氢副反应使得反应选择性差。而传统h-cell体系下催化，甲酸盐生成电流密度难以突破100ma cm-2的大关，更难以企及达到工业化所要求的300ma cm-2。因此，找到价格适宜，催化剂制备简单，方便扩大，催化剂电流可以达到工业化电流标准并且对于甲酸盐选择性高的电催化剂具有重要意义。

2、金属铟具有价格相对低廉，环境友好，性质稳定的优点，被广泛应用于电子半导体，医学扫描，焊料合金等领域。由于金属铟极好的光渗透性和导电性，其化合物也拥有良好的催化活性，许多铟基催化剂已经被证实具有电催化还原co2的活性。但通常大多数铟基催化剂对于甲酸盐的选择性都不尽如人意，并且峰值的阴极工作电位都偏高。而从催化剂表面来说，催化剂表面活性位点少，电流密度低等缺点严重阻碍了co2电催化还原的活性。同样，为了调控铟基催化剂的微观结构和表面化学环境，采取的各种策略不利于催化剂的大量制备。因此，目前并没有实际满足工业生产甲酸盐的铟基催化剂。至今，尚未报道过使用能够简单放大制备并具有纳米薄片结构的氧化铟，并投用于电催化还原co2制备甲酸。故开发出成本低廉，操作简单，易于量产的高效电催化还原co2制备甲酸盐的铟基电催化剂具有重要现实价值。

3、现有论文(超薄in2o3纳米片的制备和改性以及光电化学性能研究，张博学)中公开了一种超薄in2o3纳米片的制备方法，包括：分别配制一定量的0.1mol/l的incl3溶液和不同浓度的氢氧化钠，取2ml的incl3溶液于50ml锥形瓶中，然后依次滴加6ml超纯水和12ml氢氧化钠并持续搅拌5h，得到白色絮状物沉淀。将白色絮状物沉淀用无水乙醇离心(12000r/min，12000r持续3min)洗涤3次，然后将上清液倒出，将所得的白色固体物在70℃鼓风干燥箱中烘干，最后将烘干后的白色固体物轻微研磨得到白色粉末(in2o3前驱物)，之后再置于马弗炉中并通过程序升温(2℃/min升至400℃，再退火2h)且在空气中煅烧处理后得到黄色粉末，且结果表明，当氢氧化钠的浓度为0.1mol/l，制备出来的超薄in2o3纳米片(uins)的带隙相对于纯in2o3的直接带隙有大幅度的下降，在煅烧温度为400℃时，uins的光电流密度值最高，在外部偏压vs.rhe为1.23v的条件下时为0.14ma/cm2，但是其不能大量制备，操作繁琐，且并未指出其具有电催化性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提出了一种方便扩大制备的氧化铟纳米薄片的制备方法，制备的氧化铟纳米薄片并可高效稳定运用于常温、常压下二氧化碳电催化还原制备甲酸盐。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

3、一种氧化铟纳米薄片的制备方法，包括以下步骤：在搅拌条件下将氢氧化钠水溶液滴加至氯化铟水溶液中，滴加完毕后得到混合溶液，将混合溶液继续在室温下搅拌得到白色溶液，将白色溶液离心，洗涤，干燥得到白色固体；研磨后在空气氛围下煅烧得到所述氧化铟纳米薄片；其中，所述氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、氯化铟水溶液中的氯化铟的摩尔比为4.5-5：1；所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/l；所述氯化铟水溶液的浓度为31-31.5mmol/l。

4、优选地，所述氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、氯化铟水溶液中的氯化铟的摩尔比为4.8：1。

5、优选地，在室温下搅拌的时间＜7h。

6、优选地，在室温下搅拌的时间为3-5h。

7、优选地，所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

8、优选地，所述煅烧的温度为400℃，时间为3min。

9、本发明还提出一种氧化铟纳米薄片，采用所述的氧化铟纳米薄片的制备方法制备而成。

10、优选地，所述氧化铟纳米薄片，其晶型对应jcpds card no.71-2195。

11、本发明还提出一种所述的氧化铟纳米薄片在二氧化碳电催化还原制备甲酸盐中的应用。

12、优选地，二氧化碳电催化还原反应在三电极流动池体系中进行，二氧化碳流速为35sccm，阳极电解液和阴极电解液流速为10ml/min，实验电流为100-600ma，阳极电解液和阴极电解液均为1m khco3溶液。

13、本发明的优点在于：

14、(1)利用常温搅拌-真空干燥-高温煅烧的方法，可以简易大量得到二维纳米薄片氧化铟。这种方法制备简单，反应时间短，利于放大，便于投用与工业化生产；

15、(2)本发明所得到的二维氧化铟薄片催化能力优良，对于电催化还原二氧化碳制备甲酸盐反应选择性高，高稳定性，法拉第效率高，并且环境友好，无毒性，价格适宜，在流动电催化反应池中，常温常压下，使用碳酸氢钾电解质溶液电催化还原二氧化碳生成甲酸盐。二维纳米薄片氧化铟相较于之前氧化铟颗粒等报道，有更高的选择性以及还原co2性能，电流密度可以到600ma cm-2，对应生成的甲酸盐法拉第效率可以达到97％。

技术特征：

1.一种氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在搅拌条件下将氢氧化钠水溶液滴加至氯化铟水溶液中，滴加完毕后得到混合溶液，将混合溶液继续在室温下搅拌得到白色溶液，将白色溶液离心，洗涤，干燥得到白色固体；研磨后在空气氛围下煅烧得到所述氧化铟纳米薄片；其中，所述氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、氯化铟水溶液中的氯化铟的摩尔比为4.5-5：1；所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/l；所述氯化铟水溶液的浓度为31-31.5mmol/l。

2.根据权利要求1所述的氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、氯化铟水溶液中的氯化铟的摩尔比为4.8：1。

3.根据权利要求1所述的氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：在室温下搅拌的时间＜7h。

4.根据权利要求1所述的氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：在室温下搅拌的时间为3-5h。

5.根据权利要求1所述的氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的氧化铟纳米薄片的制备方法，其特征在于：所述煅烧的温度为400℃，时间为3min。

7.一种氧化铟纳米薄片，其特征在于：采用如权利要求1-6中任一项所述的氧化铟纳米薄片的制备方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的氧化铟纳米薄片，其特征在于：其晶型对应jcpds cardno.71-2195。

9.一种如权利要求7或8所述的氧化铟纳米薄片在二氧化碳电催化还原制备甲酸盐中的应用。

10.根据权利要求9所述的氧化铟纳米薄片在二氧化碳电催化还原制备甲酸盐中的应用，其特征在于：二氧化碳电催化还原反应在三电极流动池体系中进行，二氧化碳流速为35sccm，阳极电解液和阴极电解液流速为10ml/min，实验电流为100-600ma，阳极电解液和阴极电解液均为1m khco3溶液。

技术总结
本发明公开了一种氧化铟纳米薄片、制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：在搅拌条件下将氢氧化钠水溶液滴加至氯化铟水溶液中，滴加完毕后得到混合溶液，将混合溶液继续在室温下搅拌得到白色溶液，离心，洗涤，干燥，研磨后在空气氛围下煅烧得到氧化铟纳米薄片；氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、氯化铟水溶液中的氯化铟的摩尔比为4.5‑5：1；氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/L；氯化铟水溶液的浓度为31‑31.5mmol/L。本发明方法简易且方便放大，得到的氧化铟薄片具有优良的电催化二氧化碳还原得到甲酸盐的性能。在流动电催化反应池中，可以到600mA cm<supgt;‑2</supgt;的电流密度，对应生成的甲酸盐法拉第效率可以达到97％。

技术研发人员：朱姗,赵跃,马凤翔,朱峰,董王朝,曹骏,许争杰,徐霄筱,汪子丰
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16