[發明專利]高效光催化CO2加氫材料光催化劑的制備及應用方法

在審

• 申請號: 201710348537.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107413337A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 周建成;劉明;李乃旭;楊斌;舒位欣;鄭雨
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J21/06;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種高效光催化CO₂加氫材料Pd/TiO₂的制備及應用方法，尤其是Pd/TiO₂光催化材料的制備方法及其在紫外光下光催化CO₂加氫生成CH₄的有效應用，屬于光催化技術領域。

背景技術

隨著化石燃料的不斷使用，環境污染與能源短缺已成為人們面臨的主要危機，大氣中大量排放的CO₂是造成溫室效應的主要氣體，導致全球氣候變暖，嚴重影響生態和環境問題，CO₂作為最豐富的碳源之一，開發CO₂不僅能減少環境污染，而且將CO₂轉化為有用能源能夠解決能源問題，因此引起了人們的關注與重視。

光催化技術能夠充分利用太陽能，反應條件溫和、綠色化，具有很好的發展前景，光催化CO₂加氫關鍵在于制備出高效的光催化劑。TiO₂因其具有氧化電位較高、便宜易得、無毒、化學性質穩定等特點，在光催化領域得到了廣泛的應用。但是由于它的寬的能帶隙(3.2eV)，只能被波長較短的紫外光激發，僅占照射到地面太陽能射線的4％-6％，太陽能利用率較低，并且光生載流子很容易重新復合，導致光催化效率很低。當激發波長小于387nm時，電子從價帶激發到導帶生成光生電子，同時在價帶上留下光生空穴，形成光生電子-空穴對，電子和空穴一部分會遷移到半導體表面參與化學反應，另一部分則會在半導體內部發生重組。一般來說，化學反應時間為10^-8-10^-3s，而光生電子空穴重組時間為10^-9s，所以光激發產生的電子和空穴大部分進行了重組反應，最后以熱能形式散失，這導致了光催化效率的降低。

為提高TiO₂光催化活性，各種各樣的改性方法也被應用，如稀土離子摻雜(CN 105126609 A)、貴金屬負載(CN 105110447 A)、半導體復合(CN 105126892 A)等。Pd的負載能夠有效吸附CO₂，活化氫離子，有效分離電子空穴對，提高光催化活性，促進光催化CO₂加氫反應。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種高效光催化CO₂加氫材料光催化劑的制備和應用方法，Pd金屬聚集電子，能夠提供更多的活性位，減少電子空穴復合幾率，從而提高光催化CO₂加氫效率。

技術方案：本發明的一種高效光催化CO₂加氫材料光催化劑的制備方法，其特征在于：該光催化劑通過葡萄糖還原法進行Pd負載TiO₂形成Pd/TiO₂，其具體操作步驟如下：

取TiO₂材料分散在去離子水中，超聲攪拌，按加入TiO₂質量的0.5％-1.5％加入氯鈀酸鈉溶液，使用NaOH溶液調節pH為7-10，加入葡萄糖，在60-90℃溫度下水浴0.5-2h，離心、洗滌、真空干燥，即得Pd/TiO₂光催化劑。

所述加入葡萄糖，其加入量為5倍還原計量的葡萄糖。

本發明的高效光催化CO₂加氫材料光催化劑的應用在于光催化劑在紫外光下可用于CO₂加氫。

其中：

所述光催化劑在紫外光下用于CO₂加氫，具體步驟為：在高壓可見微型釜式反應器中內壁處加入錫箔紙，起到聚光作用，將石英棉均勻分散承載所述光催化劑，底部留出一定空間進行攪拌，加強氣體流動，光催化劑分散在石英棉上通N₂排除內部空氣，加入H₂與CO₂，汞燈作為光源，常溫下進行光催化加氫反應，得到CO₂主要還原產物為CH₄。

所述常溫下進行光催化加氫反應，時間為1-5h。

所述加入H₂，其加入條件為2-3MPa。

所述加入CO₂，其加入條件為0.5-1MPa。

所述汞燈的功率為10-150W。

有益效果：本發明與現有的技術相比，具有以下優點：