[发明专利]一种SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于能源环境中的光催化技术领域，具体涉及一种SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

传统化石能源短缺及其利用过程中所带来的温室气体排放等问题，是人类社会所面临和亟待解决的问题。以CO₂为原料，模拟自然界中光合作用过程，利用太阳能将其通过光化学途径转换为可被利用的燃料和化工原料，是解决上述问题的理想途径。目前，光还原CO₂的材料有，TiO₂、CdS、ZnGa₂O₄、Zn₂GeO₄等，这类半导体材料对CO₂的吸附能力差，另一类是金属有机框架材料，利用其对CO₂强的吸附能力，但是稳定性不好，因此，光还原CO₂上的效率无法得到突破。具有骨架结构的分子筛材料，具有独特的结构特点，有望发展成为一类有效CO₂还原材料。分子筛中有许多有规则的孔道和空腔，巨大的比表面积，稳定骨架结构，使得分子筛不仅成为优良的吸附剂，还是有效的催化剂或者催化剂的载体；分子筛内外表面暴露的金属通过后处理或修饰等方法使其具有碱性，有利于CO₂ 分子的吸附。已有报道过渡金属修饰的分子筛对光催化CO₂还原有活性，Anpo等人（J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev., 2003, 3, 225-252）的研究表明，过渡金属Ti修饰的分子筛内孔道表面存在着高度分散的Ti-O单元，因此具有更好的光催化还原CO₂的能力。Frei等（J. Am. Chem. Soc., 2005, 127(6): 1610-1611）利用双金属如Ti/Cu以及Ti/Sn等修饰分子筛，通过提高催化剂的光吸收以及利用双金属之间的协同效应，在一定程度上提高了这些催化剂还原CO₂的效率。尽管如此，过渡金属修饰的分子筛作为光催化材料有着由其本身结构所决定的无法祢补的缺点：一是光利用率尤其是对可见光利用率低；二是分子筛上活性位点—孤立的金属位点的激发困难。这两个不足可以通过半导体材料进行改善，集合半导体和分子筛材料的优点，将半导体与分子筛材料进行复合可能为CO₂的光还原提供一条有效的出路。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂及其制备方法和应用。在合成过程中以分子筛为载体，制备出大比表面、小颗粒的负载型光催化剂，提高活性组分的利用率，增大了催化剂对CO₂的吸附能力，提高了催化剂对CO₂的还原活性。该制备方法简单易行、不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，同时可以方便改变金属氧化物、调节不同金属氧化物的含量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂是以SAPO-5分子筛为载体，金属氧化物为活性组分的负载型光催化剂。

所述的金属氧化物为 CuO、NiO、MgO、Fe₂O₃中的一种。

所述的SAPO-5分子筛为二维纳米片，厚度为1-3 nm。 

金属氧化物的质量百分含量为0.01-20%，金属氧化物的粒径为1-20 nm。

以拟薄水铝石为铝源，磷酸为磷源，正硅酸乙酯为硅源，三乙胺为模板剂，采用简单的一步原位水热法制备所述的SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂。 

包括以下步骤：按三乙胺、Al₂O₃、P₂O₅、SiO₂、H₂O的摩尔比为1.2：1.0：1.0：0.4：60，将三乙胺、拟薄水铝石、磷酸、正硅酸乙酯和去离子水混合均匀，老化1-2天；加入硝酸镁、硝酸镍、硝酸铜或硝酸铁，老化1-3天；然后装入密闭反应釜中160-200℃晶化12-36 h，所得产物水洗烘干，500-700℃煅烧2-10 h，即得所述的SAPO-5分子筛负载金属氧化物的光催化剂。

所述的光催化剂用于光催化CO₂还原反应。

本发明的显著优点在于：