[發明專利]一種二氧化碳還原有序介孔催化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110016905.8
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112675832B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 孫松美
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J23/18
• 分類號: B01J23/18;B01J35/10;C07C1/02;C07C9/04;C01G29/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種二氧化碳還原有序介孔催化材料及其制備方法。所述二氧化碳還原有序介孔催化材料的化學組成為BiO，其具有有序介孔結構。制備方法為：將油酸鈉溶于水中，攪拌，制成有序介孔軟模版膠束前驅體溶液，將鉍鹽分散在該溶液中，攪拌均勻，獲得前驅體分散液；將前驅體分散液轉移到水熱釜中，于80～180℃水熱反應，洗滌、干燥后得到所述二氧化碳還原有序介孔催化材料。本發明提供了一種簡單、快捷、可控性高的制備有序介孔BiO光催化材料的方法。本發明的制備方法無需特殊設備和苛刻條件，工藝簡單，可控性強，容易實現規模化生產，具有實用性。

技術領域

本發明涉及一種高效二氧化碳還原有序介孔光催化材料及其制備方法，屬于光催化材料技術領域。

背景技術

目前，傳統的化石能源面臨枯竭及其使用所引發的環境污染問題嚴重制約了人類社會的發展。新能源的開發利用成為人們關注的焦點。在眾多新能源技術中，光催化太陽能燃料制備可以將太陽能轉化為氫能(光催化分解水)及其它化學能(光催化固定二氧化碳)是最具有應用前景的技術之一。盡管光催化技術在太陽能轉化領域極富有吸引力和發展潛力，但是尚未能實現大規模的應用，其核心問題是催化劑對太陽能的利用率不高、光生載流子容易復合，催化劑對污染物吸附活化能力低等等。因此，尋找新的材料和技術來解決上述問題，提高太陽能轉換效率，已成為目前該方向的重要研究課題。

CO₂還原反應的關鍵在于CO₂的吸附及活化。傳統CO₂還原需要高溫高壓環境活化CO₂分子。如果將光能引入這一反應體系中，則有可能在常溫常壓下實現這一反應。光催化CO₂還原是利用半導體光催化劑對光的響應，通過把CO₂轉化成甲烷、甲醇、乙醇等C-H有機物，將光能轉化成化學能的一種新技術，因其節約能源、綠色環保已成為光催化領域重要的科學和技術問題。

光催化CO₂還原的核心問題是合適光催化劑的設計、開發與研制。目前的研究主要集中于過渡金屬摻雜的TiO₂基系列光催化劑。但就TiO₂而言，存在幾個關鍵的技術難題，如TiO₂的帶隙為3.2eV，僅能被紫外光(只占太陽能的3.8％)激發，此外TiO₂光生載流子的復合率高，量子效率低(不到4％)，太陽能的利用率低，在可見光范圍內幾乎沒有光響應；用于光催化CO₂還原時，其甲烷產率在不加空穴犧牲劑情況下一般在0.1～10μmol/g_catalyst·h。

研發新型高效光催化材料，是利用太陽能實現光催化CO₂還原的關鍵，也是光催化進一步走向實用化的必然趨勢和發展方向。光催化CO₂還原的關鍵問題在于提高CO₂吸附活化及多電子反應動力學。以往研究發現，催化材料表面的空位缺陷以及活性羥基可以吸附CO₂分子，可能是活化CO₂分子的主要活性位點。CO₂分子還原為甲烷的反應是8電子轉移過程，因此表面富電子的催化材料更有利于克服CO₂還原反應動力學能壘。我們在研究BiO量子點光催化材料固氮以及CO₂還原反應時，發現該材料表面富含氧空位，并且在光照下該氧空位可以轉變成單電子耦合氧空位，從而增加對CO₂分子的活化能力，使BiO光催化材料表現出了較高的CO₂還原性能。但是該材料目前只能制備出2～3納米的量子點，在水中加入該催化劑，反應結束后催化劑由于粒徑太小難以回收再利用。