[發(fā)明專利]一種用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑及其制備方法和應用

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• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111715288A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 徐藝軍;李少海
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/18
• 分類號: B01J31/18;C01B32/40;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑的制備方法：將檸檬酸和尿素混合研磨，在馬弗爐中靜態(tài)空氣下熱處理得到多孔固體，然后用去離子水和NaOH溶液將其溶解，并中和至pH=7，得到黃綠色溶液，經離心、凍干后得NCQDs粉末；在反應溶劑中，與Ru絡合物先后超聲分散，實現NCQDs與Ru的組裝構建，得到用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑。本發(fā)明無需任何復雜的合成程序，在分子層次上，即可組裝構建Ru絡合物和NCQD（~2 nm）成為一種新型的準超分子系統(tǒng)，NCQDs/Ru體系組裝后在均相系統(tǒng)中成功展現出增強的活性和選擇性，用于可見光驅動的CO₂還原為CO。

技術領域

本發(fā)明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

模仿天然植物的光合作用將太陽能和二氧化碳轉化為有價值的化學品和燃料被認為是減少我們對傳統(tǒng)化石燃料的依賴并減輕全球變暖的有吸引力且可持續(xù)的策略之一。過渡金屬配合物（TMCs）是一類重要的分子催化劑，具有良好的光物理性質和可調節(jié)的配體環(huán)境，作為模擬自然界進化的分子光收集系統(tǒng)，可實現高效選擇性的CO₂還原。目前，如何有效地收集和利用入射光子是增強TMCs光捕獲系統(tǒng)的催化性能的先決條件之一。迄今為止，通過共價偶聯的策略，研究人員已經投入了相當大的努力并取得了可喜的進展，其中包括雜化固體分子組裝體，如金屬有機骨架和多孔配位聚合物系統(tǒng)，以及開發(fā)基于過渡金屬超分子系統(tǒng)，即在一個系統(tǒng)中集成了帶有催化功能單元的光捕獲天線。但是，這些策略受到一些固有缺點的制約從而影響了其實際的應用，例如復雜的合成步驟以及過渡金屬則具有低自然豐度的特點。因此，開發(fā)由高效且具有成本效益的功能化光吸收天線的新型系統(tǒng)顯得非常重要。

發(fā)明內容

針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru(bpy)₃²⁺(簡稱NCQDs/Ru）光催化劑，實現了NCQDs作為光收集天線和將受光器和光氧化還原中心集成的分子[Ru(bpy)₃]²⁺過渡金屬配合物（簡稱為Ru）的組裝，且該組裝過程無需使用任何復雜的合成程序。合成的具有高石墨化度的NCQDs可以誘導與Ru絡合物實現有效的空間非共價相互作用。活性測試結構表明，與原始Ru絡合物相比，最佳NCQDs/Ru在含水反應體系中，將光化學還原CO₂轉化為CO的催化活性提高了3倍以上。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案 ：

一種用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）NCQDs的制備步驟：用研缽手動將20 g檸檬酸和20 g尿素研磨30分鐘，將混合的粉末在馬弗爐中靜態(tài)空氣下180 ℃加熱處理40 h。然后，用去離子水和NaOH溶液（5 M）將多孔固體溶解。隨后緩慢加入的NaOH溶液（5 M）以將酸性NCQDs中和至pH = 7。最后，將所得的黃綠色溶液離心隨后凍干以獲得NCQDs粉末；

（2）NCQDs與Ru的組裝：Ru絡合物直接選用商用產品，在反應溶劑中，將制備出的NCQDs粉末和RuRu絡合物先后超聲分散，即可實現NCQDs與Ru的組裝構建，得到用于催化還原二氧化碳的NCQDs/Ru光催化劑。

上述制備的NCQDs/Ru光催化劑用于二氧化碳催化還原性能的測試：