[發(fā)明專利]一種二氧化碳催化還原反應裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710368284.3
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107138111B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 張宏忠;龐龍;郭梅娜;李旭燕;王明花
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業(yè)學院
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發(fā)明公開了一種二氧化碳催化還原反應裝置，該裝置包括光催化反應器、電催化反應器、電化學工作站和光源燈。在光催化反應器側壁設有與光源燈出光口對應的光照窗口；在電催化反應器側壁上嵌有與光照窗口對應的鈦片；其中，鈦片的外側面經(jīng)過處理形成鈦氧化物光照催化復合材料，其結構為整齊豎立管狀陣列結構，與其他形態(tài)的鈦片相比，該結構的鈦片具有更大的比表面積和更強的吸附能力，提高光電轉換效率。電催化反應器內(nèi)設有與電化學工作站相連的三電極，使光激發(fā)鈦片產(chǎn)生的電子轉移到對電極上，降低電子?空穴對的復合率，提高催化劑光量子使用效率。因此，采用本發(fā)明提供的裝置，能夠提高二氧化碳催化還原反應效率。

技術領域

本發(fā)明涉及二氧化碳催化還原領域，特別是涉及一種光電催化二氧化碳催化還原反應裝置。

背景技術

近年來，利用光催化還原技術將二氧化碳轉化為清潔燃料已引起各國研究者的關注。從熱力學角度看，二氧化碳的能級較低，化學惰性大，難以活化，要使其還原必須補充能量，且由于二氧化碳本身無法吸收波長在200～900nm之間的可見光和紫外光，因此，二氧化碳的光催化還原過程需引入光催化劑。當催化劑受到適當波長的光激發(fā)后產(chǎn)生電子-空穴對并遷移至催化劑表面，然后二氧化碳和水蒸氣會被吸附在催化劑的活性反應位點，與具有還原性和氧化性的電子-空穴發(fā)生反應。空穴奪取水蒸氣中的電子使其分解為形成強氧化型的氫氧根自由基和氫離子，而二氧化碳和新生成的氫離子可作為電子受體被還原為強氧化型二氧化碳陰離子自由基和氫原子自由基，進一步參與反應最終生成甲烷、甲醇、甲酸和甲醛等小分子碳氫有機化合物。

盡管光催化轉化二氧化碳的研究領域已取得了很大進展，但是目前仍存在催化劑光量子使用效率低、光電轉換效率低、光生電子-空穴對的復合率高等問題。總體來說就是存在催化還原反應效率低的問題。因此，如何提高二氧化碳催化還原反應效率，是二氧化碳催化還原領域急需解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種二氧化碳催化還原反應裝置，以提高二氧化碳催化還原反應效率為目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種二氧化碳催化還原反應裝置，所述二氧化碳催化還原反應裝置包括：

光催化反應器、設置于所述光催化反應器內(nèi)的電催化反應器以及設置于所述光催化反應器外的電化學工作站和光源燈；所述光催化反應器側壁設有光照窗口；所述光照窗口與所述光源燈的出光口對應設置；所述電催化反應器側壁上嵌有鈦片，所述鈦片與所述光照窗口對應設置；所述電催化反應器內(nèi)設有與所述電化學工作站相連的三電極；其中，所述鈦片包括位于所述電催化反應器與所述光催化反應器之間的外側面以及位于所述電催化反應器的內(nèi)部的內(nèi)側面，所述鈦片的外側面經(jīng)過處理形成鈦氧化物光照催化復合材料，所述鈦片的內(nèi)側面為光滑平整鈦片結構。

可選的，所述光催化反應器上端設有密封蓋；所述密封蓋上設有進氣孔、出氣孔和取樣孔；其中，所述取樣孔用橡皮塞密封。

可選的，所述二氧化碳催化還原反應裝置還包括二氧化碳氣瓶、加熱套、錐形瓶以及顯示器；其中，所述二氧化碳氣瓶通過第一導氣管與所述加熱套的進氣口連接，用于為所述加熱套提供二氧化碳氣體；所述加熱套的出氣口通過第二導氣管與所述密封蓋上的進氣孔連接，用于為所述光催化反應器提供二氧化碳氣體和水蒸氣；所述錐形瓶通過第三導氣管與所述密封蓋上的的出氣孔連接，用于判斷二氧化碳氣體出氣氣流是否穩(wěn)定；所述顯示器與所述電化學工作站連接，用于實時顯示二氧化碳催化還原反應過程。

可選的，所述裝置還包括針管和色譜儀；所述針管用于將所述針管插入所述密封蓋上的取樣口，抽取所述光催化反應器的反應氣體，并將所述反應氣體加入到所述色譜儀中；所述色譜儀，用于鑒定二氧化碳催化還原反應后的還原產(chǎn)物。

可選的，所述電催化反應器包括一個殼體和嵌在所述殼體上的鈦片；所述殼體和鈦片形成封閉的電催化反應器；所述殼體的內(nèi)部充滿惰性電解質溶液。