[发明专利]用于CO2

说明书

一种用于CO₂还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，无铅双钙钛矿量子点和二维材料复合形成异质结结构，无铅双钙钛矿量子点的化学通式为Cs₂B_ⅠB_ⅡX₆，其中B_Ⅰ选自Ag⁺，In⁺，Cu⁺中任意一种离子，B_Ⅱ选自In³⁺，Bi³⁺，Sb³⁺中任意一种离子，X选自Cl^‑，Br^‑，I^‑中任意一种离子，二维材料选自Ti₃C₂，铋烯，黑磷中任意一种。制备方法包括如下步骤：取二维材料溶于十八烯中超声分散后，置于Cs₂CO₃，B_ⅠOAc，B_Ⅱ(OAc)₃的十八烯混合溶液中，加热后，注入三甲基卤硅烷与盐酸混合溶液，反应后冷却，洗涤后干燥得到复合光催化剂。经CO₂光催化还原测试所得CO₂还原产物主要为CO、CH₄产率得到了显著提升；光催化循环测试显示产量无明显变化，说明其具有优秀的CO₂光催化还原稳定性。

技术领域

本发明涉及光催化剂及其制备方法和应用技术领域，尤其涉及用于CO₂还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法。

背景技术

以CO₂为主的温室气体的过量排放造成了全球气候变暖以及附带的一系列极端天气，严重影响了未来人类文明的存续。当前局势下，在保存能源结构不发生重大改变的情况下，如何将CO₂进行有效收集转化和利用是目前研究热点。光催化技术作为一种利用清洁能源太阳能作为驱动还原CO₂，降低CO₂排放的同时获得碳氢燃料。CO₂光催化还原反应具有如下优点：还原产物为CH₄、CO、H₂等碳氢燃料；该反应过程由可清洁、再生能源—太阳能驱使，避免在催化降解二氧化碳的过程对环境造成二次污染；该反应的反应装置简单，反应条件容易达到(室温、大气压)等优势，被认为是解决地球变暖和能源危机的有效方式。迄今为止，研究者们已经对光催化还原CO₂进行了大量的应用研究，制备一种高效光催化剂显得尤为重要。

量子点作为一种零维纳米半导体材料，因其具有众多优异的物理特性，如量子尺寸效应、多激子激发效应以及超快激子传导等，引起了研究者的极大兴趣。无铅双钙钛矿量子点(CsB_ⅠB_ⅡX)的出现解决了铅基钙钛矿量子点环境不友好、稳定性差等问题，且合成工艺日趋成熟。但其较宽的带隙、丰富的表面配体使得其在光催化领域的应用受到了一定限制。

影响复合光催化剂性能的因素主要有以下几个方面：晶体结构、能带结构、晶体尺寸等。其中光催化剂的粒径尺寸与比表面积的大小密切相关，在光催化反应中，比表面积直接决定了光催化材料氧化还原反应位点的数量。二维材料是一种典型的具有大比表面积的材料，它具有表面活性位点多、丰富的主客体选择性、电子分离效率快等优点，可作为基底材料负载量子点。但是，大多数二维材料存在不稳定、光生电子—空穴易复合等缺点，因此研究者将二维材料与其他半导体材料进行复合，形成异质结结构以降低光生电子—空穴的复合，提升光催化性能。半导体异质结多分为以下三类：

Ⅰ型：半导体1的价带正于半导体2的价带，半导体1的导带负于半导体2的导带，光生电子—空穴由半导体1迁移至半导体2，能够有效延长光吸收范围，增加光利用率；

Ⅱ型：半导体2的价带正于半导体1的价带，半导体1的导带负于半导体2的导带，光生电子由半导体1的导带迁移至半导体2的导带，光生空穴由半导体2的价带迁移至半导体1的价带，能够有效降低光生电子—空穴对的复合，增加光催化反应效率。

发明内容