[发明专利]一种光催化还原二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化还原二氧化碳的方法，特别涉及利用二氧化碳 水合物分解释放高浓度二氧化碳提高光催化反应的吸附动力，从而提高二 氧化碳转化效率的方法。

背景技术

各种途径排放出的二氧化碳，除部分被植物吸收外，随时都有大量排 放到大气中，已经成为困扰地球的主要温室气体，是导致“温室效应”的 主要原因。另一方面，二氧化碳也是重要的碳资源，将其转化固定不仅有 利于缓解温室效应，又能得到有机燃料或者基本化工原料。因此，催化还 原二氧化碳合成有机化学品有很大的环保和能源利用意义。

多年来，关于二氧化碳的转化固定，已经有大量的研究和探索，实现 途径包括有机物的合成、二氧化碳催化还原制备甲醇、二甲醚、烃类、合 成气等基础化工原料和中间体以及转化为以碳酸二甲酯为代表的酯类、羧 酸、N-甲酰苯胺、各种聚合物等多种具有高附加值的产品等，利用二氧化 碳合成尿素、水杨酸钠等技术已经成功实现工业化，而二氧化碳催化还原 的研究中最具应用前景的应该是光催化还原反应，尤其是利用可见光还原 二氧化碳的研究为将来直接利用太阳能缓解温室效应提供了理论参考，是 一个理想的人工光合模拟系统，实现二氧化碳再资源化和能量合理利用。 已有一些研究者在二氧化碳的紫外光催化还原方面进行了探索，并报道了 CH₃OH、CH₄、HCOOH和CO等还原产物的产生。在这方面，目前的研究 主要涉及的是固—液悬浮体系、气—固反应体系以及催化剂组成筛选等方 面。在通用的固—液悬浮体系中的光催化还原二氧化碳反应的瓶颈是光生 电子-空穴对复合率高，即在二氧化碳与空穴对光生电子的竞争吸附中，二 氧化碳对光生电子的吸附不占优势，导致光子能量不能有效参与到产物的 形成过程，而仅以热的形式放出。提高对二氧化碳的固定化效果和光催化 效率是需要重点解决的问题之一，而解决该问题有两个思路，第一，提高 催化剂性能，以延长电子-空穴对的存在时间，同时提高光催化剂对二氧化 碳的吸附能力；第二，提高二氧化碳在吸附界面的浓度，提高光催化剂对 二氧化碳的吸附能力，从而提高二氧化碳对光生电子吸附的竞争力。

目前对二氧化碳的光催化还原操作，都是采用各种光催化剂在加压或 不加压条件进行，大多科研工作者的工作重心都放在如何提高光催化剂的 活性来解决上述问题，而对于如何采用有效的方法提高参加反应的二氧化 碳浓度，增加光催化剂对二氧化碳的吸附，从而提高二氧化碳对光生电子 吸附的竞争力，提高催化效率的研究，目前鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化还原二氧化碳的方法，通过引入水合 物浆液的生成步骤，提高反应区域的二氧化碳浓度，解决了目前光催化还 原二氧化碳过程中二氧化碳与光催化剂吸附效果差的问题，达到提高光催 化反应效率的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种光催化还原二氧化碳的方法，该 方法包括：

首先使二氧化碳与水在维持搅拌条件下生成水合物浆液；

在所形成的二氧化碳水合物体系中启动光催化反应，使二氧化碳被催 化还原。

本案发明人的研究发现，光催化反应体系中，因液相中二氧化碳浓度 小导致其与光催化剂接触机会和吸附动力小，催化反应的效率也难以提高， 通过提高吸附界面二氧化碳浓度，可提高其在光催化剂上的吸附量。基于 这样的设计思想，本发明的方案中引入了水合物生成步骤，即，在光催化 反应前先使二氧化碳在水中生成二氧化碳水合物浆液，然后使系统达到水 合物的生成-分解平衡状态，或水合物缓慢分解的状态，此时启动光催化反 应，并通过搅拌或其他可行的操作使水合物保持颗粒状并与光催化剂充分 接触。在光催化反应过程中，由于水合物颗粒的不断分解，在催化剂周围 会形成高浓度游离二氧化碳，进而提高液相中二氧化碳的浓度，二氧化碳 与光催化剂的接触机会和吸附动力被显著提高，有利于解决目前光催化反 应过程中因液相中二氧化碳浓度过低导致其与光催化剂接触机会小和吸附 动力小的问题。