[发明专利]一种新型可再生能源驱动的二氧化碳高效利用新方法

说明书

本发明利用太阳能进行光电催化二氧化碳还原以及污染物降解，目的就是为了克服半导体光催化剂光响应范围较窄，对太阳光的利用率低，光生载流子复合率高，光催化量子效率低，半导体光催化剂对二氧化碳吸附能力差，半导体光催化剂对二氧化碳活化能力弱等缺点制备出高效的半导体催化材料，以被Fe纳米片覆盖的Fe‑W_XMo_1‑XO₃作为光阳极，以Cu/Co‑p‑Si NWs作为光阴极，构筑有效的光电催化体系，在光电催化污染物降解过程中的同时实现对二氧化碳还原。

技术领域

本发明属于可再生能源领域，更具体地为一种新型可再生能源驱动的二氧化碳高效利用的新方法，尤其涉及一种，利用太阳能光电催化二氧化碳还原与污染物降解的方法。

背景技术

化石燃料的使用导致二氧化碳大量排放所引起的温室效应和能源危机威胁着人类社会的持续发展，解决由温室气体二氧化碳所引起的危机已迫在眉睫。二氧化碳的还原，因其能实现对碳的循环利用，已经成为了研究的热点。现阶段人类社会已经从以下几个方面着手解决二氧化碳大量排放所导致的环境及气候问题：改变目前现有的能源结构，减少对化石燃料的开采与消耗，

发展绿色清洁的可再生能源；将大气中的二氧化碳收集分离并存储起来，以达到降低大气中二氧化碳含量的目的；实现以人工固碳的碳循环过程，开发将二氧化碳作为碳资源加以利用的人工方法。将二氧化碳资源化利用的过程中，不仅可以有效降低大气中二氧化碳的含量缓解温室效应带来的环境与气候问题，也可以通过二氧化碳资源化过程产生一些重要的化工原料和再生燃料从而到达减少对化石燃料依赖的目的。如此一来，即可以有效的缓解温室效应带来的环境问题，还能产生可再生燃料以缓解目前人类社会所面临的能源危机，一举两得。但是，由于二氧化碳分子作为一种直线型分子其具有较高的化学性质稳定性，因此对二氧化碳分子的活化过程是一个较为困难的过程。所以使用传统热催化方法将二氧化碳活化并还原为低价态的含碳化合物的过程将会是一个需要大量能源消耗的过程，这一过程实现势必会增加能耗负担。值得注意的是太阳光作为一种广泛存在且易获取的能量被认为是取之不竭的，而目前人类社会对太阳光能量的利用率还很低，若能像植物光合作用那样直接利用太阳光实现对二氧化碳的资源化利用将会极大的缓解人类社会目前所面临的困境。光电催化这一过程由于其具有可直接利用太阳光、反应可控以及反应条件温和等优点，使其在二氧化碳还原领域具有广阔的应用前景。

目前对于光电催化二氧化碳还原的研究尚存在着催化效率较低、光电极光利用率低、催化还原选择性差等问题。此外对于光电催化体系的构筑也存在着整体催化效率低等缺点。针对光电催化二氧化碳还原领域所存在的问题，本发明通过开发高效的阴极电催化剂以及高效的光阴极材料，从提高催化效率和提高光吸收效率作为主导，从而实现对二氧化碳的高效还原。此外，本发明还从转移电子平衡的角度出发设计了被Fe纳米片覆盖的珊瑚状Fe-W_XMo_1-XO₃光阳极和具有棒状结构的Cu/Co-p-Si NWs光阴极，并构筑了高效的双光照光电催化体系用于二氧化碳的还原协同污染物的处理。其中Fe的掺杂可以提高材料表面电子的传导速率，Cu/Co异质结有利于CO₂的还原，两个电极相辅相成，共同促进了本体系的高效运行，对新型可再生能源驱动二氧化碳高效利用来说具有重要意义。

发明内容