[發明專利]一種S型異質結催化劑及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202111389271.7
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN113976144B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王珺;韓欣欣;陳世霞;劉成
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C01B32/40
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 崔瑞迎

本發明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種S型異質結催化劑及其制備方法、應用，其制備方法包括如下：S1、合成MIL?68(In)；S2、合成NiIn?LDH；S3、合成NiIn?LDH/Insubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;；所述催化劑是在NiIn?LDH納米片上外延生長Insubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;構建形成p?n型柱狀結構的NiIn?LDH/Insubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;異質結。本發明通過NiIn?LDH一步硫化形成NiIn?LDH/Insubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;異質結，集成了NiIn?LDH和Insubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;的優點，具有更高的光利用效率、電子?空穴分離能力，并且大大抑制了電子?空穴的復合，能夠有效轉化利用空氣中的COsubgt;2/subgt;污染物。

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種S型異質結催化劑及其制備方法、應用。

背景技術

自工業革命以來的，對煤、石油、天然氣等化石燃料的過度依賴，導致CO₂大量排放，大氣中的CO₂濃度逐年升高，是全球氣候變化的主要因素。然而隨著全球人口的持續增長，化石燃料的使用量將繼續增加，在目前階段，世界能源需求的85％以上是由化石燃料燃燒提供的。盡管新能源技術正在逐步推進，但其增長速度并不能滿足全球人口不斷增長的能源需求，在未來幾十年內化石能源仍舊是人類主要依賴的能源模式，CO₂排放放緩的可能性很小。因此，促進大氣中CO₂的捕集和封存以及資源化利用是緩解溫室效應的核心戰略，因為它既滿足了中短期內對化石能源日益增長的需求，同時又能減少相關的溫室氣體排放。在實際工業過程中能夠利用CO₂的反應并不多，只有加氫還原、催化重整等，并且這些過程往往需要高溫、高壓等較為苛刻的反應條件，是高能耗、低效率的過程。從資源、能源發展戰略的角度來看，利用清潔可再生的太陽能將CO₂高效還原成化學品或燃料，能夠變廢為寶，有利于人為實現碳循環的閉環，有助于可持續發展，對于緩解能源與環境雙重壓力具有重要的現實意義。在眾多還原產物中，CO是C1化學的基礎，作為合成氣和各類煤氣的主要組分，CO是合成一系列基本有機化學品和中間體的重要原料，由CO出發，可以制取幾乎所有的基礎化學品。

具有二維層狀結構的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)因其具有可見光響應、較大的比表面積和較短的載流子擴散路徑而受到廣泛關注。但是，為了滿足氧化還原反應發生的條件，材料需要有較大的禁帶寬度；然而為了提高光響應范圍，材料需要具有更小的禁帶寬度，較強的氧化還原能力和較寬的光響應范圍之間缺乏良好的相容性。此外，單組分催化劑受光激發產生的電子-空穴對在強庫侖力作用下很容易發生重組，類似一個人在地球上跳躍時收到的引力一樣，電子與空穴復合后以熱量、熒光等形式耗散，大大限制了材料的活性。因此，作為典型的還原型光催化劑，如何進一步提高LDHs的光捕獲能力和電荷分離能力，提高催化劑活性仍然是一個巨大的挑戰。而異質結工程能夠將不同能級的組分集成在一起，不同組分的界面電荷極化和內部電勢梯度能夠調節異質結表面電荷狀態，促進電荷的分離和轉移。

目前，LDHs基異質結用于高效CO₂光催化轉化的報道非常少，催化效果也不盡人意。因此，構建S型LDHs基異質結是一個提升CO₂還原活性的潛在策略。

發明內容