[發明專利]一種高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110752199.3
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113385185A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 趙喆;陳琳琳;田金旦
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J37/03;B01J37/08;C07C1/02;C07C9/04;C07C29/159;C07C31/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑及其制備方法與應用。本發明的光熱催化劑的化學組成表達式為LaMn_0.5N_0.5O_3?δ，其中N為Co，Cu，Fe或Ni。本發明利用溶膠凝膠法進行制備，該方法能獲得顆粒細，純度高，催化活性好的納米粉體，所得的光熱催化劑的比表面積在10.72～18.40m²/g。本發明的光熱催化劑應用于150～350℃可見光條件下的光熱催化還原二氧化碳體系中，CO₂可被高效的催化還原成10～100μmol的甲烷和1～80μmol的甲醇，并且具有60?99％的產物選擇性，驗證了本發明制備的光熱催化劑具有較高的光熱還原效率和選擇性。

技術領域

本發明涉及一種高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑及其制備方法和應用，屬于光催化還原技術領域。

背景技術

目前，使用化石燃料在燃燒過程中會向大氣中排放大量的二氧化碳，二氧化碳做為溫室氣體的主要來源，使得全球氣溫持續升高，大量的二氧化碳排放到大氣中會導致海平面上升，進而導致沿海洪災。因此，將CO₂轉化為其他有用的化學物質，在生態和經濟上都是有益的。在通常的方法中，光催化是首選，因為光催化僅需要太陽輻射作為能源，并且已被證明在各種應用中有效，在光催化劑的作用下將CO₂進行轉化，這不僅解決了CO₂在大氣中濃度過高的問題，而且可以得到更有意義的清潔能源。光催化劑材料的選擇至關重要，氧化鈦(TiO₂)等金屬氧化物以其優異的穩定性及電荷轉移潛力性好的屬性而被廣泛應用。但是，這些光催化劑都屬于寬帶隙的氧化物，電子與空穴復合較快，來不及與表面的反應物發生反應，催化效率低不利于催化活性。

隨著光催化技術的研究深入，通式為ABO₃的鈣鈦礦型光催化劑由于具有較高的晶格畸變，較窄的帶隙，電荷載流子的分離效果更好等特點引起了人們的廣泛關注。但是鈣鈦礦氧化物型的光催化劑對產物的選擇性并不是很高，從催化活性的角度考慮，A位離子的作用本質上不直接參與反應，起穩定結構的作用，B位是催化活性中心，所以合理的選擇B位元素有利于提高光熱催化活性，并可以增加催化選擇性。

發明內容

本發明解決的技術問題是：如何提高光熱催化劑的催化效率和選擇性等問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑，其化學組成表達式為LaMn_0.5N_0.5O_3-δ，其中N為Co，Cu，Fe和Ni中的任意一種元素。

本發明還提供了上述的高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：按2：1：1的摩爾比將La(NO₃)₃·6H₂O、Mn(NO₃)₃·4H₂O與N的硝酸鹽溶于去離子水中；

步驟2：加入檸檬酸一水合物，加熱攪拌至凝膠狀；

步驟3：經烘箱烘干后，取出用研磨成粉狀；

步驟4：放入馬弗爐中空氣氣氛下煅燒并保溫后取出研磨成粉，即得高活性、可選擇性的鈣鈦礦型光熱催化劑。

優選地，所述步驟1中的硝酸鹽為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鐵和硝酸銅中的一種或其水合物。

優選地，所述步驟2中檸檬酸一水合物加入的摩爾量為硝酸鹽的1.2倍。

優選地，所述步驟2中加熱攪拌的溫度為60～120℃，時間為2～8h。

優選地，所述步驟4中煅燒的溫度為500～1000℃，保溫時間為6～10h，所述煅燒的過程中的升溫速率為5～10℃/min。