[發明專利]一種在摻Li的CuFeO2半導體電極上將CO2還原的方法

有效

• 申請號: 201710834750.2
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107574455B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 元炯亮;楊柳;古春輝
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C25B3/04
• 分類號: C25B3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種在摻Li的CuFeO₂半導體薄膜電極上將CO₂還原為甲醇的方法，屬于CO₂資源化領域。其特征在于，采用恒電位沉積的方法制備摻Li的CuFeO₂半導體薄膜；以摻Li的CuFeO₂半導體薄膜為光陰極，在水溶液中通過可見光光電催化反應將CO₂還原為甲醇。與CuFeO₂薄膜電極相比，摻Li的CuFeO₂半導體薄膜電極具有更高的催化活性。

技術領域

本發明涉及一種在摻Li的CuFeO₂半導體電極上將CO₂還原為甲醇的方法，屬于CO₂資源化技術領域。

背景技術

工業革命以來，尤其是步入21世紀以來，由于工業化和城市化步伐的加快，消耗了大量的化石燃料，排放了大量的CO₂，導致了全球變暖和能源短缺。將CO₂還原為有用的化學品，不僅可以實現CO₂的資源化利用，而且可以緩解溫室效應，對于節能減排和低碳經濟具有重要意義。以太陽光為光源，通過光電催化反應將CO₂還原為甲醇，具有重要意義。

在光陰極上通過光電催化反應將CO₂還原為甲醇，往往存在過電位高的問題。盡管采用CuO/Cu₂O光陰極可在欠電位下將CO₂還原為甲醇，但是該電極很不穩定。普林斯頓大學Bocarsly教授課題組提出以p型GaP半導體為光陰極，以吡啶為共催化劑，在欠電位下將CO₂高選擇性的還原為甲醇的方法。但是GaP的帶隙能較高，對可見光的利用效率很低。中國專利ZL201110260276.x中，提出以p型CuInS₂薄膜為光陰極，在含有共催化劑吡啶的水溶液中，通過可見光光電催化反應將CO₂高選擇性還原為甲醇的方法。當過電位為20mV時，生成甲醇的法拉第效率高達97%。盡管在CuInS₂薄膜光陰極上CO₂還原過電位較低、對生成甲醇的選擇性較高，但是，CuInS₂薄膜的催化活性比較低。

本發明提出以摻Li的CuFeO₂半導體薄膜為光電極，在太陽光照射下，將CO₂還原為甲醇的方法。

發明內容

本發明提供了一種在摻Li的CuFeO₂半導體電極上將CO₂還原為甲醇的方法。

本方法由如下技術方案實施：

將銅鹽、鐵鹽、鋰鹽溶于二甲基亞砜中，制成電沉積溶液；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，鋰鹽可選用氯化鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰中的一種或多種。銅鹽的濃度為2～5mM，鐵鹽的濃度為6～15mM，銅鹽、鐵鹽與鋰鹽的摩爾比為1:3:1～1:3:2。

以摻氟的二氧化錫（FTO）或銦錫氧化物（ITO）導電玻璃為工作電極，將工作電極置于電沉積溶液中，采用恒電位沉積法在導電玻璃上沉積薄膜。沉積電位相對于飽和甘汞電極為-0.4～-1.5V，電沉積溶液溫度為20～80℃，電沉積時間為0.5～3h。薄膜的煅燒溫度為350～650℃。

將制備好的薄膜在管式爐中煅燒，以氬氣作為保護氣。煅燒溫度為350～650℃，保溫時間為30～120min。

以摻Li的CuFeO₂半導體電極作為光陰極，石墨作為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，以pH為3.6～6.0的乙酸-乙酸鈉水溶液作為電解液，吡啶作為共催化劑，在相對于飽和甘汞電極為-0.4～-1.2V的還原電位下進行CO₂光電催化反應。還原得到的液相產物為甲醇。

具體實施方式