[发明专利]光热-热释电-表面等离子体光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及光热‑热释电‑表面等离子体光催化剂及制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。所述光催化剂为氧化钨纳米线负载黑磷微米片的复合材料；且所述氧化钨纳米线具有表面等离子体共振效应。本发明提供的催化剂具有高催化活性，能够高效催化二氧化碳还原成一氧化碳。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其涉及一种光热-热释电-表面等离子体光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

温室效应和化石能源危机是当今最突出的全球问题。利用太阳能还原二氧化碳，被认为是缓解温室效应和解决能源危机的重要途径。

贵金属纳米材料因其独特的表面等离子体共振效应及其产生的等离子体热电子可以有效促进二氧化碳还原，但其成本高昂、工艺复杂，难以实现工业应用。半导体材料通过简单的氧空位掺杂工艺，同样可以产生表面等离子体共振效应。但其自由电子由于参与氧化还原反应逐渐消耗，浓度逐渐降低，导致表面等离子体共振效应不稳定，严重影响其光催化活性。因此，提高自由电子浓度，稳定半导体表面等离子体共振效应是实现高效催化二氧化碳还原的关键。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种光热-热释电-表面等离子体光催化剂及制备方法和应用，该催化剂催化活性高，能够高效催化二氧化碳还原成一氧化碳。

本发明提供了一种光热-热释电-表面等离子体光催化剂，所述光催化剂为氧化钨纳米线负载黑磷微米片的复合材料；且所述氧化钨纳米线具有表面等离子体共振效应。

优选的，所述氧化钨纳米线的直径为5~30纳米，长度为50~800纳米。

优选的，所述黑磷微米片为二维层状结构，尺寸为1~5微米，厚度为2~10纳米。

优选的，所述氧化钨纳米线与黑磷微米片的质量比为5：1~15：1。

本发明提供了一种上述任意一项方案所述的光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将钨源和无水乙醇混合，形成前驱体溶液，将前驱体溶液进行水热反应，得到氧化钨纳米线；

将黑磷与N-甲基吡咯烷酮溶液依次进行混合、超声、离心，得到黑磷微米片；

将氧化钨纳米线、黑磷微米片和乙醇溶液混合、超声，得到光热-热释电-表面等离子体光催化剂。

优选的，所述水热反应的温度为140~180℃，时间为16~24小时。

本发明提供了一种上述任意一项方案所述的光催化剂在催化二氧化碳还原制备一氧化碳中的应用。

优选的，所述二氧化碳还原制备一氧化碳的方法包括如下步骤：

将光催化剂与水混合、超声，得到催化剂分散液；

将所述催化剂分散液滴附在玻璃片上，置于二氧化碳气氛中，利用可见-近红外光进行光照，得到一氧化碳。

优选的，所述光催化剂与水的质量比为10:1~30:1；所述超声的功率为400~800瓦，时间为1~10分钟。

优选的，所述光照的强度为200~400毫瓦/平方厘米，时间为170~190分钟。

本发明提供了一种光热-热释电-表面等离子体光催化剂，所述催化剂由氧化钨纳米线和二维黑磷微米片通过自组装方式形成。该催化剂利用氧化钨纳米线在可见-近红外光照射下产生的光热效应，使具有热释电效应的黑磷材料产生热释电子，并注入到氧化钨纳米线上，实现了电子在氧化钨纳米线的富集，提高自由电子浓度，稳定氧化钨表面等离子体共振效应，促进等离子体热电子持续产生，从而实现高效光催化二氧化碳还原成一氧化碳。