[发明专利]一种镍钛复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种镍钛复合催化剂及其制备方法与应用。本发明的镍钛复合催化剂以化学式Ni/TiO₂来表示，其中，催化剂载体为TiO₂，Ni元素以小尺寸的金属态镍纳米颗粒均匀分散在所述催化剂载体上；Ni与TiO₂之间具有强相互作用，表面存在丰富的氧缺陷；所述Ni元素在所述载体上的负载量为2‑50wt％。本发明利用钛基有机金属框架的多孔特性，将镍离子均匀吸附在有机骨架的孔道，经烘焙、还原得到本发明的催化剂，其具有更多的表面氧缺陷，大大提升了材料吸附并活化CO₂的能力。本发明的催化剂能够在全光谱下实现很强的光吸收，并将吸收的光能转化为热能，无需使用外部加热装置就可以实现高效CO₂甲烷化。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术及应用领域，涉及一种镍钛复合催化剂及其制备方法应用。

背景技术

化石能源是目前人类社会经济发展必不可少的主要动力元素，大量化石燃料的消耗给人类带来了巨大的经济效益，提高了人类的生活水平，但同时也产生了大量的CO₂，导致温室效应和能源危机。国际气候变化委员会预测，到2100年，地球大气中的CO₂含量将高达590ppm，全球平均温度将上升1.9℃，由此引发的全球气候变化将导致不堪设想的灾难性后果。鉴于大气中CO₂浓度上升对全球气候造成的严重影响，开发新技术进行CO₂的去除或转化亟不可待。

电催化技术是通过外加电场作用下的电极反应直接降解底物，或是利用电极或催化材料具有的催化活性，产生大量具有强氧化性的自由基和底物进行反应；优点是工艺过程简单，可以在常温常压下进行，无二次污染，但需要不断地补充外界能量；热催化技术是以热能的形式向催化反应体系注入跨越热力学势垒的能量，来驱动催化反应的进行，该技术通常在高温高压下进行，因此能源的大量消耗也成为该技术发展的最大障碍；光催化技术的基本原理是：光照射半导体光催化剂时，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度，则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，在导带和价带上分别产生光生电子和空穴。空穴具有很强的氧化能力，而光生电子具有很强的还原性，使得半导体表面的电子受体被还原。该技术的优点是但受限于自身的能带限制，目前所使用的催化剂如WO₃(Journal of MaterialsChemistry A,2018,6(15):6265-72.)、TiO₂(Applied Catalysis B:Environmental,2017,210(131-40.)、ZnO(Journal of Materials Chemistry A,2019,7(27):16294-303.)等材料仅能够对紫外或紫外和部分可见光做出响应，而这部分光只占全光谱47％左右，即接近50％的太阳光被浪费(Journal of Materials Chemistry A,2019,7(19):11985-95)。因此，提高太阳光的利用率则成为了光催化领域的研究热点。

考虑到热催化的能耗以及传统光催化体系的太阳光利用率低，催化反应动力不足两方面的问题，利用全光谱光源中红外光的加热作用驱动催化反应，以实现高效的光驱动热催化，具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种镍钛复合催化剂，所述催化剂以化学式Ni/TiO₂来表示，其中，催化剂载体为TiO₂，Ni元素以小尺寸的金属态镍纳米颗粒均匀分散在所述催化剂载体上；Ni与TiO₂之间具有强相互作用，表面存在丰富的氧缺陷。

根据本发明的实施方案，Ni元素在所述载体上的负载量为2-50wt％，优选为5-30wt％，更优选为5-20wt％，例如为5wt％、8wt％或10wt％。

根据本发明的实施方案，所述催化剂载体TiO₂通过金属有机框架法制备得到。