[发明专利]具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光热催化剂技术领域，公开了一种具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：将基底上生长的WOsubgt;3/subgt;薄膜在还原气氛中进行热处理，即得具有设定氧空位浓度的WOsubgt;3/subgt;薄膜催化剂。在应变工程的辅助下，本发明中的微米级WOsubgt;3/subgt;薄膜具有合适的氧空位浓度，以及显著的光热协同效应，能够在较低的温度下稳定地进行光热催化逆水煤气反应。

技术领域

本发明属于光热催化剂技术领域，具体涉及一种具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂及其制备方法与应用，该催化剂可应用于光热催化CO₂转换中的逆水煤气反应。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

为了缓解全球变暖，大量的研究工作致力于通过使用可再生能源将CO₂还原生成高价值的化学品。CO₂的还原产物包括一氧化碳、甲烷和甲醇，这些产物可作为高价值化工原料或者燃料。CO作为一种重要的精细化工合成中间体和工业合成原料，在实际化工生产中具有重要的应用价值。在各种转化CO₂的方法中，逆水煤气变换反应(RWGS)能够以大气中捕获的CO₂和水裂解或工业副产品中的H₂作为原料将CO₂转化成为CO，是CO₂转化以及CO合成的良好途径。但目前逆水煤气反应的主要能源来自于热能，反应条件要求相对严格，反应速率受温度限制较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂及其制备方法与应用。在应变工程的辅助下，本发明中的微米级WO₃薄膜具有合适的氧空位浓度，以及显著的光热协同效应，能够在较低的温度下稳定地进行光热催化逆水煤气反应，具有常规粉体WO₃不具备的优势。此外该材料具有组成元素环境友好、制备方法简单可控、反应条件易得、成本低廉易于产业化大规模制备等优点。因此该材料具有良好的应用价值。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将基底上生长的WO₃薄膜在还原气氛中进行热处理，即得具有设定氧空位浓度的WO₃薄膜催化剂。在该热处理过程中，由于WO₃薄膜和基底SnO₂层的热膨胀行为不同，因而在体系内部引入了应变，从而有助于氧空位的生成。

第二方面，本发明提供一种具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂，由所述制备方法制备而成。

第三方面，本发明提供所述具有光热协同效应的三氧化钨薄膜催化剂在光热催化逆水煤气反应中的应用。

上述本发明的一个或多个实施例取得的有益效果如下：

本发明中制备的应变及氧空位修饰的WO₃薄膜催化剂，由二维的WO₃微米片构成。与传统的WO₃粉体催化剂进行对比，该应变辅助的薄膜催化剂具有合适的氧空位浓度，优化的电子结构，良好的光吸收能力，更高的导带位置，以及显著的光热协同催化效应，能够利用光能在较低温度下实现逆水煤气转变反应。