[发明专利]应用于CO2光还原的催化剂[Ca24Al28O64]4+(e-)4及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其是涉及一种电子化合物[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺(e^-)₄(C12A7:e^-)材料的制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的化学能使得现代文明迅速崛起，然而利用他们所产生的产物CO₂的排放速度却远远超出了自然界的碳循环速度。利用光还原CO₂的方法可以开 辟一条能源过渡的新道路，即从目前的化石能源经济转换到新型的可持续的二氧 化碳经济。二氧化碳的捕获和利用的成功会是未来基于二氧化碳的太阳能能源经 济发展的最佳途径，同时也可以延缓全球气候变暖，改善温室效应。

目前，应用于CO₂光还原的基础材料有二氧化钛，钛酸锶等，但是由于材料 发现的早，在近几十年中对其进行改性，复合等相关工作层出不穷，进一步的提 升空间有限，所以，发现新的可应用于该领域的催化剂尤为重要。

电子化合物(electride)是在固态中困陷一定浓度电子的材料，是以电子为 阴离子的离子型化合物。从化学的角度来讲，这些困陷的电子可以认为是最小的 阴离子，因此这种材料可以作为一种强还原剂。从物理角度来讲，由于它含有大 量稳定的被困陷的电子，是种有特殊光学性质和磁学性质的导电材料。目前，该 材料主要应用于合成氨领域中。

活化二氧化碳是二氧化碳转化的最重要的一步。低功函数的稳定氧化物的表 面对于活化二氧化碳有明显的优势。无机电子化合物C12A7:e^-在近表面区域的电 子浓度很高，表面可以捕获氧原子，过滤一氧化碳和二氧化碳，所以可以被用来 在室温下激活分离二氧化碳。本发明证实C12A7:e^-这种电子化合物在CO₂光还 原领域有一定的应用价值。

传统制备这种电子化合物采用固相合成法合成C12A7，再利用金属蒸汽还原 法将其还原为C12A7:e^-。利用这种方法合成的材料结晶性差，并且还原后的电 子浓度较低，本发明利用溶胶凝胶法及半封闭式的石墨还原法合成结晶性良好的 电子化合物并证实其在CO₂光还原领域中有一定的催化效果。

发明内容

本发明提出一种可应用于光催化技术领域的新型材料，电子化合物。为光催 化技术领域的发展开辟了一条新的探索道路，并证实其在CO₂光还原领域有一 定的应用价值。同时，在制备该材料的方法上进行了改进，获得结晶性更好，电 子浓度更高的电子化合物。

本发明的技术方案是：

一种新型的可应用于CO₂光还原领域的催化剂——电子化合物 [Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺(e^-)₄(C12A7:e^-)，其特征在于笼中束缚一定浓度的电子，呈现半 导体的性能，可作为一种光催化领域中CO₂光还原的催化剂。

所述的电子化合物的每个单胞中含有12个笼子，单胞的化学分子式可表示 为[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺(e^-)₄，前面部分代表晶格的框架结构，后面的部分则代表了内部 所束缚的电子。所述的电子化合物的能带图见附图3，框架中Ca的3d，4s轨道 组成了FCB，框架上O的2p轨道组成这种材料的价带，在导价带之间存在一个 和笼子相关的CCB。

所述的电子化合物的制备方法：

1)利用溶胶凝胶法制备Ca₁₂Al₁₄O₃₃；

2)利用半封闭式石墨还原法制备电子化合物[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺(e^-)₄。