[发明专利]一种在CuFeO2/CuInS2复合半导体薄膜电极上将CO2还原为甲醇的方法

说明书

本发明提供一种在CuFeO₂/CuInS₂复合半导体薄膜电极上将CO₂还原为甲醇的方法，属于CO₂资源化领域。其特征在于，采用脉冲电沉积法在CuInS₂薄膜表面沉积CuFeO₂量子点，制备CuFeO₂/CuInS₂复合半导体薄膜；可见光照射下，以CuFeO₂/CuInS₂复合薄膜为光阴极，在水溶液中通过光电催化反应将CO₂还原为甲醇。与CuInS₂薄膜电极相比，CuFeO₂/CuInS₂复合薄膜电极具有更高的催化活性。

技术领域

本发明涉及一种在CuFeO₂/CuInS₂复合半导体薄膜电极上将CO₂还原为甲醇的方法，属于CO₂资源化技术领域。

背景技术

工业生产过程中消耗了大量的化石燃料，排放了大量的CO₂，导致了严重的温室效应。将CO₂还原为甲烷、甲醇、甲酸和低碳烃类等有用的化工产品，不仅可以节约石油、天然气和煤等化石能源的使用，而且还可以减少CO₂排放。以可见光为光源，采用光电催化还原的方法将CO₂转化为甲醇，具有重要意义。

以酞菁钴/Fe₂O₃纳米管、MoS₂/TiO₂纳米管为光阴极，通过光电催化反应，可将CO₂还原为甲醇，但是还原过电位较高。采用CuO/Cu₂O光阴极可在欠电位（比CO₂/CH₃OH氧化还原电位更正的电位）下将CO₂还原为甲醇，但是该电极很不稳定。中国专利ZL201110260276.x中，提出以p型CuInS₂薄膜为光阴极，在水溶液中，通过可见光光电催化反应将CO₂高选择性还原为甲醇的方法。共催化剂吡啶的加入，能够显著降低CO₂还原的电极过电位。当过电位为20mV时，生成甲醇的法拉第效率高达97%。尽管在CuInS₂薄膜光阴极上CO₂还原过电位较低、对生成甲醇的选择性较高，但是，CuInS₂薄膜的催化活性比较低。

发明内容

为了提高CuInS₂薄膜的催化活性，本发明提供一种在CuFeO₂/CuInS₂复合半导体薄膜电极上将CO₂还原为甲醇的方法。

本方法由如下技术方案实施：

在CuInS₂半导体薄膜电极上电沉积CuFeO₂量子点，制得CuFeO₂/CuInS₂复合半导体薄膜电极。

电沉积CuFeO₂量子点时，将铜盐和铁盐按照摩尔比1:3加入到二甲基亚砜(DMSO)中，并加入高氯酸钠或高氯酸钾，制得电沉积溶液。其中铜盐可选用氯化铜、硝酸铜中的一种，铁盐可选用氯化铁、硝酸铁、高氯酸铁中的一种。电沉积溶液中，铜盐的浓度为2～5mM，铁盐的浓度为6～15mM。

将CuInS₂薄膜电极置于电沉积溶液中，采用脉冲电沉积法在CuInS₂薄膜上沉积CuFeO₂量子点。脉冲初始电位相对于饱和甘汞电极为-2.0～-0.8V，脉冲终止电压比初始电压低0.2V，脉冲宽度为0.125s，脉冲周期为0.25s，电沉积时间为10～90s。