[发明专利]一种高效光热催化二氧化碳甲烷干法重整的Pt/Co-Al2

说明书

本发明公开了一种高效二氧化碳甲烷干法重整光热催化剂，它为以钴掺杂的氧化铝(Co‑Al₂O₃)作为载体、铂纳米颗粒为主要活性组分形成的Pt/Co‑Al₂O₃纳米复合催化剂；通过Co‑Al₂O₃的活性晶格氧参与二氧化碳甲烷干法重整反应，有效抑制积碳副反应；同时通过Co‑Al₂O₃在全太阳光谱的强吸收，提高光热转化效率；利用Pt与Co‑Al₂O₃之间的协同效应，显著促进光热催化性能的提高。本发明所述催化剂具有光热催化活性高、太阳能至化学能转化效率高、光热催化稳定性好等优点；且涉及的制备方法较简单、易控，成本较低；将其应用于二氧化碳甲烷干法重整，可为二氧化碳减排和太阳能存储提供一种高效的解决途径。

技术领域

本发明属于功能材料及其合成技术领域，具体涉及一种用于高效光热催化二氧化碳甲烷干法重整的Pt/Co-Al₂O₃纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

由于化石燃料在不同的工业过程中被燃烧使用，大量的温室气体被排放，从而导致严重的环境问题(如全球变暖、极端天气)和能源短缺等问题。许多国家制定了二氧化碳峰值排放和碳中和的行动计划。为了实现行动计划的目标，迫切需要开发有效的二氧化碳减排技术。在过去的几十年里，由于二氧化碳能被转化为太阳能燃料和太阳能储存，一种光催化二氧化碳还原的策略引起了广泛的关注。对于光催化二氧化碳的策略，需要解决低燃料生成速率和光到燃料转化效率这两个主要挑战。为解决这些挑战，人们不断努力制备大量高效的可以被紫外光、可见光甚至红外光激发的光催化剂。

近年来，光热催化二氧化碳还原H₂O和甲烷吸引了研究人员的兴趣，该方案可完美结合热催化二氧化碳还原的高催化效率和光催化二氧化碳还原，并可以有效地利用太阳能包括紫外线、可见光和红外光；与光催化二氧化碳还原策略相比，燃料产率的水平显著提高。专利 CN 112973704 A公开了一种具有光增强效应的Cu/ZnO催化剂，该催化剂在模拟太阳光(300 mW cm^-2)照射下进行光热催化二氧化碳还原的CO产率为358.87μmol g^-1h^-1(5.98×10^-3 mmol min^-1g^-1)；专利CN 113117675 A公开了一种Rh NPs和Er NPs负载于Al₂O₃载体表面的复合金属光热催化剂的制备方法，在2.0mW cm^-2氙灯全光段光辐照下，常压下通入物质的量比为1:1的CH₄/CO₂气体，得到最高的H₂和CO产率分别为17.1和51.2mmol g^-1h^-1(0.285 和0.853mmol min^-1g^-1)；专利CN 113441160 A公开了一种氢氧化镍/碳化钛光热催化材料及其制备方法和应用，使用该发明制备的Ni(OH)₂/Ti₃C₂材料做光热二氧化碳加氢，提高了Ti₃C₂基催化材料光热二氧化碳转化率，测试显示二氧化碳转化率达到0.9mmol g^-1h^-1(0.015mmol min^-1g^-1)。这些策略中，光热催化甲烷干法重整(CRM，CO₂+CH₄＝2H₂+2CO，ΔH₂₉₈＝247kJ mol^-1)是应用前景广阔，因为两种温室气体(二氧化碳和甲烷)转化为太阳能燃料。