[发明专利]具有二氧化碳光电还原功能的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及二氧化碳资源化利用领域，公开了一种具有二氧化碳光电还原功能的复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括将g‑C₃N₄与铜基MOF材料在醇中进行热处理。本发明获得的复合材料在用于二氧化碳光电催化还原时，具有较高的法拉第效率。此外，该发明的异质结材料制备方法操作简单、高效的特点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及二氧化碳资源化利用领域，具体涉及一种具有二氧化碳光电还原功能的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

要实现碳中和目标，不可避免需要二氧化碳的资源化利用，既可以减少二氧化碳的排放，又生成化学品产生效益，是实现碳中和的一项重要路径。利用绿电和太阳能进行光电催化CO₂，将其转化为有价值的工业原料，比如甲烷、甲酸、甲醇等，二氧化碳的光电催化还原是二氧化碳资源化利用的一个重要方向。目前光电催化还原二氧化碳最常见的半导体材料是TiO₂，但是其比表面积过低，限制了其在光催化活性的提高。

无金属聚合物g-C₃N₄具有合适的带隙、恰当的能带位置而备受关注。g-C₃N₄是所有C₃N₄可能结构中最稳定的一种，主要是由范德华力相互作用堆叠形成类石墨层状结构，具有显著热稳定性和化学稳定性。但g-C₃N₄的光催化效率较低。主要由于g-C₃N₄的比表面积较低，反应活性位点少；g-C₃N₄的聚合不完全，存在较多缺陷，导致光生载流子迁移困难，复合速率快。

现有技术中通常将g-C₃N₄与TiO₂结合以提高g-C₃N₄的光电催化活性，用于光催化和光电催化领域，由于TiO₂的可修饰性较低，二氧化钛和石墨氮化碳的匹配度较差。

金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOF)具有调节孔径和超高比表面积等优点，可应用在催化、药物运输、气体储存、吸附和传感等方面。MOF经热处理后，衍生的氮掺杂多孔碳因其独特结构，丰富的活性位点和优异的导电性成为一种极具潜力的催化剂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的二氧化碳的光电催化还原效率低的问题，提供了一种具有二氧化碳光电还原功能的复合材料及其制备方法和应用。

本发明的发明人在研究过程中发现将g-C₃N₄材料与铜基MOF材料结合制备成异质结材料可以明显改善g-C₃N₄材料的性能(如比表面积低，光生电子和空穴复合效率过快等问题)，将制得的异质结材料用于二氧化碳光电催化还原中可以显著提高其法拉第效率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种制备具有二氧化碳光电还原功能的复合材料的方法，将g-C₃N₄与铜基MOF材料在醇中进行热处理。

本发明第二方面提供了一种由第一方面所述方法制备得到的复合材料。

本发明第三方面提供了一种复合材料在二氧化碳光电催化还原中的应用。

本发明获得的复合材料(异质结材料)在用于二氧化碳光电催化还原时，具有较高的法拉第效率。此外，本发明制备得到的异质结材料对二氧化碳还原兼具高的光电催化活性和选择性，特别是能显著提高对二氧化碳利用的能量效率。此外，该发明的异质结材料制备方法操作简单、高效的特点，具有广阔的应用前景。

具体实施方式