[发明专利]一种富氧空位双金属氯氧化物纳米片的制备方法及其光催化CO2

说明书

本发明属于光催化材料领域，公开了一种富氧空位双金属氯氧化物纳米片的制备方法及其光催化CO₂还原应用。本发明以Bi(NO₃)₃·5H₂O为铋源、Pb(NO₃)₂为铅源、氯代反应型离子液体为氯源、聚乙烯吡咯烷酮为模板剂，通过溶剂热法制备得到少氧空位PbBiO₂Cl纳米片。再通过还原气体煅烧得到富氧空位PbBiO₂Cl纳米片。在光照下，与少氧空位PbBiO₂Cl纳米片和块状PbBiO₂Cl相比，富氧空位PbBiO₂Cl纳米片展现出最佳的光催化CO₂还原生成CO性能。可实现有效的CO₂资源化利用。

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术应用领域，特指一种富氧空位双金属氯氧化物纳米片的制备方法及其光催化CO₂还原应用。

背景技术

化石燃料的大量使用使得二氧化碳过度排放，导致不利的全球气候和环境变化，极大地阻碍了人类和自然的可持续发展。通过太阳能驱动将二氧化碳转化为碳基燃料是减轻化石燃料燃烧带来的环境和能源负担的一种有前途的策略。然而，由于目前光催化剂的光生载流子分离效率低，CO₂/中间体/产物捕获/活化/解吸能力缓慢，光催化CO₂还原的效率仍然不尽如人意。此外，对光生电子传输途径和质子耦合电子传输动力学过程的模糊认识进一步阻碍了高效光催化CO₂转化材料的设计。因此，必须采用适当的策略来设计高效的CO₂转化光催化剂并探索其光催化机理。

发明内容

本发明的目的是通过简单、温和的方法制备表面氧空位浓度可调的双金属氯氧化物纳米片。并将其用于太阳光趋势的CO₂资源化应用，为降低大气中CO₂浓度和缓解对化石燃料的依赖提供有效的思路。

本发明的技术方案：

一种富氧空位双金属氯氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用氯化铅、硝酸铅、硫酸铅或醋酸铅为铅源；柠檬酸铋铵、硝酸铋、氯化铋、硫酸铋或醋酸铋为铋源；加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮，在甘露醇水溶液中配成溶液A；

(2)以反应型氯代离子液体或无机氯盐为氯源，在乙醇溶剂中配成溶液B；

(3)将步骤(2)中的溶液B，注入到步骤(1)中的溶液A中，并充分持续搅拌得到溶液C；

(4)将溶液C倒入高压反应釜中反应数小时，产物离心，并用蒸馏水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到少氧空位PbBiO₂Cl纳米片材料；

(5)将步骤(4)中的少氧空位PbBiO₂Cl纳米片在H₂/Ar混合气氛中煅烧数小时，得到富氧空位PbBiO₂Cl纳米片。

步骤(1)中，溶液A中，铅源、铋源、聚乙烯吡咯烷酮和甘露醇水溶液的用量比为0.5mmol：0.5mmol：0.1-1.0g：20-100mL，其中，甘露醇水溶液的浓度为0.1-1.0mmol/L。

步骤(2)中，所述反应型氯代离子液体为：1-甲基-3-己基咪唑高氯酸盐盐、1-(2-羟乙基)-3-甲基氯化咪唑、1-甲基-3-辛基氯化咪唑翁、1-己基-2,3-二甲基氯化咪唑、氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)、1-辛基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-1- 甲基吡咯烷氯化物、氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑高氯酸盐中的一种。

步骤(2)中，所述无机氯盐为KCl、NaCl、NH₄Cl中的一种。