[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)合材料催化劑及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211341295.X
• 申請(qǐng)日: 2022-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115837271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳功德;姚迪;宮瑞謙;萬(wàn)杰;劉雁軍;闞建飛;王曉麗;朱孝林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院;宜興市碳德科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J21/06
• 分類(lèi)號(hào): B01J21/06;B01J23/755;B01J35/00;B01J37/02;B01J37/03;B01J37/08;C01B32/40
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明公開(kāi)一種復(fù)合材料催化劑及其制備和應(yīng)用，屬于新材料和能源化工技術(shù)領(lǐng)域，制備時(shí)，先通過(guò)溶膠凝膠法得到鎳、鋯共摻雜的二氧化鈦光催化劑，再在還原氣氛下高溫煅燒葡萄糖衣對(duì)二氧化鈦進(jìn)行碳包覆即完成制備過(guò)程。與純二氧化鈦相比，本申請(qǐng)制得的Ni、Zr共摻雜的TiO₂的晶粒度減小，電子擴(kuò)散自由度提高，擴(kuò)大了光譜響應(yīng)范圍，而碳包覆行為可以引入更多的氧空位，進(jìn)而提高復(fù)合材料的光生載流子轉(zhuǎn)移率；碳包覆形成的氧空位與Ni，Zr共摻雜形成的氧空位還可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，有助于共同提高TiO₂的光催化活性；本申請(qǐng)是對(duì)TiO₂催化還原CO₂領(lǐng)域的有效拓展，可為鈦基催化劑在催化還原CO₂領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料和能源化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料催化劑及其制備和應(yīng)用，尤其涉及一種Ni、Zr共摻雜TiO_x@C復(fù)合材料催化劑及其制備方法和其在CO₂光催化還原領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)

在低成本、可再生能源(如太陽(yáng)能或風(fēng)能)的驅(qū)動(dòng)下，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)原料或液體燃料，將能有效緩解全球能源危機(jī)并促進(jìn)碳循環(huán)。近年來(lái)，人工光合作用在CO₂轉(zhuǎn)化和利用領(lǐng)域獲得了本領(lǐng)域技術(shù)人員的極大關(guān)注。其中，二氧化鈦光催化CO₂轉(zhuǎn)化是近幾年興起的一種轉(zhuǎn)化處理技術(shù)，該技術(shù)不僅沒(méi)有傳質(zhì)限制、可以在常溫下進(jìn)行操作，同時(shí)具有加工工藝簡(jiǎn)易、特性平穩(wěn)、無(wú)毒性的特點(diǎn)。但由于TiO₂帶隙較寬(E_g＝3.o～3.2eV)，光子能量較小的可見(jiàn)光不容易使其達(dá)到激發(fā)態(tài)，所以其只能被400nm以下的紫外光激發(fā)。因而純TiO₂并不能充分利用太陽(yáng)能，其光催化反應(yīng)效率處于較低的水平，所以對(duì)TiO₂進(jìn)行改性研究成為了催化還原CO₂領(lǐng)域的熱點(diǎn)，改性的目的主要是想要擴(kuò)展TiO₂對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)范圍，提高其對(duì)太陽(yáng)光的利用效率。

通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，摻雜金屬離子的二氧化鈦其催化氧化活性可得到不同程度的提高，如王杰等人在“Mg和Zr共摻雜TiO₂對(duì)光催化還原CO₂的影響”一文中指出，Mg和Zr共摻雜時(shí)，Zr⁴⁺取代TiO₂晶格中Ti⁴⁺，Mg²⁺取代TiO₂晶格中Ti⁴⁺，增加了表面堿性位點(diǎn)，與純TiO₂相比，Mg/Zr-TiO₂的禁帶寬度降低，Mg和Zr發(fā)生協(xié)同作用，拓寬了光吸收范圍，可提高TiO₂在可見(jiàn)光和紫外光下的光催化還原CO₂的性能。但是仍需注意的一點(diǎn)是，單純通過(guò)引入金屬離子對(duì)TiO₂進(jìn)行改性可能會(huì)產(chǎn)生深能級(jí)的復(fù)合中心，進(jìn)而降低光催化效率，且催化劑的穩(wěn)定性也會(huì)受到一定程度的影響。

因此，有必要針對(duì)TiO₂改性工作進(jìn)行更深一步的研究，以期進(jìn)一步提高光聲載流子的移動(dòng)速度，避免光生電子-空穴對(duì)復(fù)合，幫助提高TiO₂光響應(yīng)范圍和光催化活性，為鈦基催化劑在催化還原CO₂技術(shù)中的應(yīng)用提供更具意義的參考和指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種復(fù)合材料催化劑及其制備和應(yīng)用，該復(fù)合材料催化劑經(jīng)過(guò)Ni、Zr兩金屬的共摻雜和碳包覆處理后，有助于協(xié)同提高TiO₂的光催化活性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種復(fù)合材料催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1)將鈦酸甲酯溶液與乙酸丁酯溶液攪拌混合得混合液A；

2)將一定量的鎳鹽和鋯鹽溶解在混合溶劑中形成混合液B；