[发明专利]碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO2

说明书

本发明涉及CO₂气体的转化利用技术，旨在提供一种碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO₂的方法。包括：以多孔碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂作为阴极电极的涂覆材料，以TiO₂纳米管制得阳极电极；双光照反应器采用透明腔体，分别安装阴极电极和阳极电极，中间用Nafion膜隔开；氙灯365nm准单色波段光照射阳极电极，氙灯可见光照射阴极电极；阳极腔中加饱和NaCl水溶液，阴极腔中加饱和NaHCO₃水溶液，将CO₂通入阴极腔中进行双光照还原反应；阴极腔中液体产物包括甲醇、乙醇和丙醇，阴极腔中气体产物包括H₂、CH₄和CO。本发明提高了CO₂还原为液体醇类产物的选择性；提高了光生电子‑空穴的分离效率并抑制其再次结合，使双光照还原CO₂反应的整体转化效率提高了50％。

技术领域

本发明是关于温室气体CO₂的转化利用技术，特别涉及碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO₂的方法。

背景技术

利用光能在催化剂作用下将温室气体CO₂还原成甲醇、乙醇、甲酸、甲烷等有机物，是同时缓解温室效应和能源短缺问题的一个热点研究方向。作为稳定气体的CO₂分子键很难断裂，近年来CO₂的转化利用成为研究热点。采用双光照催化还原CO₂与单纯的光催化还原CO₂相比具有以下优势：(1)将水分解反应与CO₂还原反应通过质子交换膜分隔开来，能够有效阻止副反应发生，使得CO₂还原反应能够更加高效进行。(2)在两个电极同时施加光照，系统能够最大程度地接收外界能量。(3)双光照还原CO₂系统使反应能够充分借助光催化剂作用，因而反应更加高效。(4)阳极电极与阴极电极之间在双光照下形成电势差，能够自发产生电能从而催化还原CO₂。

Takayama Tomoaki等在Z型反应器中使用金属硫化物和RGO-TiO₂作为催化剂进行了光还原CO₂反应，研究发现CuGaS₂催化剂对于CO₂还原为CO具有很强的催化作用，但是CO作为有毒物质容易造成催化剂中毒，从而导致反应产率降低。Cheng Jun等研制了以三维泡沫铜负载石墨烯作为电阴极和二氧化钛纳米管作为光阳极的光电还原 CO₂反应系统，同时施加光照和外加偏压提高了转化效率，但是反应选择性较差并且有机酸产物较多。ShyamKattel等比较了三种含铂催化剂对于CO₂还原的催化作用，表明 Pt/TiO₂协同催化剂对于CH₄生成具有很强的选择性，但是由于贵金属铂的价格较高导致催化剂经济性较差。HeHaiying等研究了石墨烯基底单原子催化剂还原CO₂反应，表明含铜单原子的催化剂具有很强的催化性能，但是该催化剂的合成工艺复杂难以规模化应用。

目前CO₂催化还原反应的转化效率低下和产物选择性较差，迫切需要研制高效的CO₂还原反应体系以及革新催化剂材料。在双光照还原CO₂体系中结合异质结催化剂能够有效提高光能转化为电能效率和CO₂转化为液体燃料选择性，具有很强的CO₂转化利用生产化工品应用前景，但是这方面研究尚没有文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO₂的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO₂的方法，具体包括下述步骤：