[發(fā)明專利]一種在CuFeO2/CuInS2復(fù)合半導(dǎo)體薄膜電極上將CO2還原為甲醇的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710833608.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN107620089B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 元炯亮;古春輝;丁文明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B3/04
• 分類號(hào): C25B3/04;C25B11/04
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種在CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合半導(dǎo)體薄膜電極上將CO₂還原為甲醇的方法，屬于CO₂資源化領(lǐng)域。其特征在于，采用脈沖電沉積法在CuInS₂薄膜表面沉積CuFeO₂量子點(diǎn)，制備CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合半導(dǎo)體薄膜；可見光照射下，以CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合薄膜為光陰極，在水溶液中通過(guò)光電催化反應(yīng)將CO₂還原為甲醇。與CuInS₂薄膜電極相比，CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合薄膜電極具有更高的催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合半導(dǎo)體薄膜電極上將CO₂還原為甲醇的方法，屬于CO₂資源化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中消耗了大量的化石燃料，排放了大量的CO₂，導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。將CO₂還原為甲烷、甲醇、甲酸和低碳烴類等有用的化工產(chǎn)品，不僅可以節(jié)約石油、天然氣和煤等化石能源的使用，而且還可以減少CO₂排放。以可見光為光源，采用光電催化還原的方法將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇，具有重要意義。

以酞菁鈷/Fe₂O₃納米管、MoS₂/TiO₂納米管為光陰極，通過(guò)光電催化反應(yīng)，可將CO₂還原為甲醇，但是還原過(guò)電位較高。采用CuO/Cu₂O光陰極可在欠電位（比CO₂/CH₃OH氧化還原電位更正的電位）下將CO₂還原為甲醇，但是該電極很不穩(wěn)定。中國(guó)專利ZL201110260276.x中，提出以p型CuInS₂薄膜為光陰極，在水溶液中，通過(guò)可見光光電催化反應(yīng)將CO₂高選擇性還原為甲醇的方法。共催化劑吡啶的加入，能夠顯著降低CO₂還原的電極過(guò)電位。當(dāng)過(guò)電位為20mV時(shí)，生成甲醇的法拉第效率高達(dá)97%。盡管在CuInS₂薄膜光陰極上CO₂還原過(guò)電位較低、對(duì)生成甲醇的選擇性較高，但是，CuInS₂薄膜的催化活性比較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高CuInS₂薄膜的催化活性，本發(fā)明提供一種在CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合半導(dǎo)體薄膜電極上將CO₂還原為甲醇的方法。

本方法由如下技術(shù)方案實(shí)施：

在CuInS₂半導(dǎo)體薄膜電極上電沉積CuFeO₂量子點(diǎn)，制得CuFeO₂/CuInS₂復(fù)合半導(dǎo)體薄膜電極。

電沉積CuFeO₂量子點(diǎn)時(shí)，將銅鹽和鐵鹽按照摩爾比1:3加入到二甲基亞砜(DMSO)中，并加入高氯酸鈉或高氯酸鉀，制得電沉積溶液。其中銅鹽可選用氯化銅、硝酸銅中的一種，鐵鹽可選用氯化鐵、硝酸鐵、高氯酸鐵中的一種。電沉積溶液中，銅鹽的濃度為2～5mM，鐵鹽的濃度為6～15mM。

將CuInS₂薄膜電極置于電沉積溶液中，采用脈沖電沉積法在CuInS₂薄膜上沉積CuFeO₂量子點(diǎn)。脈沖初始電位相對(duì)于飽和甘汞電極為-2.0～-0.8V，脈沖終止電壓比初始電壓低0.2V，脈沖寬度為0.125s，脈沖周期為0.25s，電沉積時(shí)間為10～90s。