[發明專利]預測TiO2光催化劑的效率的方法

無效

• 申請號: 201310304183.1
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103575671A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: J.O.奧索;L.F.貝加;C.羅斯奇尼;J.埃爾南多;J.L.布爾德蘭德
• 申請（專利權）人: 西班牙碳化物金屬股份公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;李進

發明領域

本發明涉及光催化劑領域，具體地講，涉及預測光誘導反應中TiO₂光催化劑的效率的方法。更具體地講，所述光誘導反應是CO₂的光還原。

背景

作為能量生產的主要來源，礦物燃料燃燒將大量CO₂釋放到大氣。隨著CO₂排放法規的建立，對相關減少排放的主要短期解決方法包括碳捕集和封存(CCS)技術。CCS的目標是在大排放源捕集CO₂，并且將其封閉在大儲存場所如地下洞穴中。因此，由于大量CO₂作為廢物處理用于儲存，能夠使CO₂轉變成有價值的產品的任何方法或技術可代表對捕集的CO₂再利用或再定價的途徑。

在近年間已開發出用UV-VIS輻射來誘導CO₂轉化成有益產品的很多策略(光化學方法)。遺憾的是，用常規照射系統不能進行直接的CO₂光激發，因此已研究活化惰性CO₂分子的備選和間接光化學方法，其中：

-?用半導體納米顆粒將CO₂太陽能光化學還原成CO、H₂CO₂、H₂CO、CH₃OH、CH₄；

-?用太陽能電池產生的能量將CO₂(和水)電化學還原；

-?用半導體和表面改性電極將CO₂光電化學還原；

-?用太陽能產生的H₂將CO₂均相和非均相催化氫化以形成烴和CH₃OH；

-?基于光合細菌和藻類的CO₂固定(和H₂生產)。

本申請集中在用基于TiO₂摻雜的納米顆粒的非均相催化來光化學還原CO₂，但在此報導的技術進步可擴展到其它光化學光誘導的反應。

在文獻中，有很多基于TiO₂半導體的光催化系統的實例。具體地講，努力集中在修改半導體組成，以實現：

-?為了提高光催化效率，通過促進電荷分離抑制電子-空穴復合；

-?半導體的吸收帶向可見區域紅移；

-?改變光催化過程的選擇性和/或產率。

在文獻中已描述通過TiO₂光催化而光還原CO₂的系統的很多實例。在每種情況下，過程的效率和選擇性嚴格取決于采用的試驗條件。CO₂壓力(在固體-氣體系統中)或CO₂濃度(在固體-液體系統中)、溫度、照射時間和光強度和波長是最重要參數中的一些。另外，所用光催化劑的類型、摻雜劑的存在、犧牲劑以及納米顆粒大小是決定光催化過程效率的其它內在關鍵因素。

本申請目的在于開發一種預測光誘導反應（特別是CO₂還原）所用的TiO₂光催化劑的效率的新方法。在近年間已開發出檢驗CO₂光還原的不同類型小規模和大規模光反應器。然而，難以發現就產物形成速率、產率和選擇性而言能夠達到顯著效果的系統。另外，光反應器設計和建造的成本，反應器試驗中所需的大量材料(光催化劑、溶劑、添加劑等)，特別是對所研究的各催化劑設置和評估光反應所需的長時間，證明需要開發通過快速和非消耗材料檢測來預測哪種催化系統和實驗條件適于在反應器中放大的新方法。發明人已意外地發現，使用瞬態吸收光譜允許實現此目的。

瞬態吸收(TA)光譜提供由激光脈沖照射而直接或間接產生的短壽命瞬態物類(三重態、自由基等)的壽命和吸收光譜方面信息。在TA光譜中，時間分辨率受激光脈沖寬度和/或檢測器限制。因此，其壽命長于此時間尺度的任何瞬態物類都能夠由此技術檢測。在本申請中，通過將TA光譜應用于多種金屬摻雜TiO₂半導體納米顆粒，意外地顯示用此技術評估用于CO₂還原的光催化劑效率的潛力。