[发明专利]一种光催化二氧化碳还原的方法

说明书

本发明提供了一种光催化二氧化碳还原的方法，该方法主要包括催化剂的制备和光催化还原二氧化碳两个过程。该方法使用的催化剂由一步水热法制备的高度分散在硫化铟锌表面的铈氧化物纳米簇。在光催化还原二氧化碳的过程中，在反应管中加入溶剂，还原剂水，牺牲剂以及催化剂，以LEDs灯珠或者氙灯为光源，通入二氧化碳之后，在温和条件下进行光催化还原二氧化碳的反应，产物仅为CO。本发明的优点是：工艺简单，操作方便，经济，环保，绿色，符合可持续发展能源战略，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化二氧化碳还原领域，具体涉及高效光催化剂的制备和光催化二氧化碳的还原。

背景技术

随着化石资源的消耗和汽车尾气排放量的增加，大气中二氧化碳的排放量日益增加，随之会带来一系列环境问题，例如全球变暖，海平面升高等。因此，将CO₂转化成有用的化学品(CO,CH₄,HCOOH等)具有重要的研究和环境意义，已经得到广大科学工作者的广泛关注。太阳光具有用之不尽取之不竭的能量，利用太阳光，将太阳能转化成化学能，可以在较为温和的条件下实现CO₂的转化。

由于CO₂是一个非常惰性的分子，因此实现CO₂转化的关键是开发高效的光催化剂。金属硫化物半导体是一类有潜力的光催化还原CO2转化的光催化剂。因为其具有以下优势：带隙较窄，可以有效利用太阳光中的可见光部分；S元素组成的价带顶可以提供足够的氧化能力，金属未被占据的d轨道组成的导带底可以还原CO₂。虽然已经有一些硫化物也被应用到光催化CO₂还原过程中，但是在硫化物体系中仍然存在载流子分离效率低，表面活性位点少等问题，这些问题严重限制了CO₂光催化还原的效率。因此，对硫化物进行修饰改性提高其载流子分离效率，增加CO₂吸附活化的位点，具有重要的研究和应用价值。

发明内容

本发明的意义在于发展一种在光照条件下高效还原CO₂的方法，即以二氧化碳为原料，以高度分散在硫化铟锌表面的部分硫化的铈氧化物纳米簇为催化剂，以水为还原剂，在光照条件下发生二氧化碳还原，主要得到一氧化碳。该方法条件温和，环保绿色。

本发明所采用的技术方案包括催化剂的制备和CO₂还原两个过程：

催化剂的制备方法：

称取一定量的锌盐前驱体，铟盐前驱体，铈盐前驱体和表面活性剂于50mL聚四氟内衬中，加入20mL溶剂，搅拌30min使其溶解；加入2倍锌盐摩尔量的硫代乙酰胺，继续搅拌30min，将聚四氟内衬放入不锈钢反应釜中密封，放入预先设定好温度的烘箱中，晶化。晶化结束之后，用无水乙醇，去离子水各洗涤三次(3*40mL)，最后再使用乙醇洗涤一次，放入真空干燥箱，60℃干燥12小时。

光催化还原二氧化碳：

在光反应管中加入催化剂，反应溶剂，水，牺牲剂，以LEDs灯珠或者氙灯为光源，通入二氧化碳之后，在温和条件下进行光催化还原二氧化碳的反应，反应时间为1-50小时，产物仅为CO。

方案中所述锌盐前驱体为硝酸锌或者硫酸锌；所述铟盐前驱体为氯化铟，硝酸铟中的一种或两种；所述铈盐前驱体为硝酸铈，氯化铈或者硫酸铈的一种或两种；所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠，聚乙二醇或者十六烷基三甲基氯化铵的一种或两种；所述溶剂为二乙醇，水，乙醇或者甲醇的一种或两种；所述晶化温度为60℃-350℃，所述晶化时间为6-48小时。

所述锌盐前驱体的量为a mmol，所述铟盐前驱体的量为b mmol，所述铈盐前驱体的量为x mmol，所述表面活性剂的量为y mmol,其中0a≤10，0b≤20，0≤y≤a且0ab≤10a,0≤x≤a。

所述反应溶剂为水，乙腈或DMF中的一种或两种。