[发明专利]一种用于光催化还原CO2

说明书

本发明涉及一种用于光催化还原COsubgt;2/subgt;的有机干凝胶纳米材料及其制备方法和应用。所述方法为：将金属源溶于有机溶剂中并加入有机配体搅拌，得到混合液；金属源为铁源和钴源或金属源为铁源和镍源，有机配体为苯羧酸类有机配体；将混合液进行高温反应，得到凝胶态产物；将凝胶态产物进行洗涤、干燥与研磨，得到有机干凝胶粉末；将有机干凝胶粉末在氩气气氛或氩气与氢气的混合气氛中于200～300℃焙烧4～8h，制得所述有机干凝胶纳米材料。本发明的有机干凝胶纳米材料对COsubgt;2/subgt;有显著的吸附效果，通过对COsubgt;2/subgt;气体的有效吸附可进一步实现并提升材料对COsubgt;2/subgt;还原转化的能力，在光催化还原COsubgt;2/subgt;时具有高转化、CO产率高等显著优势。

技术领域

本发明属于光催化还原CO₂材料制备领域，尤其涉及一种用于光催化还原CO₂的有机干凝胶纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

近几十年来由于化石燃料的大量燃烧导致了二氧化碳(CO₂)的过度排放，大气环境中二氧化碳含量的急剧增长是造成全球气候变化的重要因素，能源危机和气候的剧烈变化对人类的生存环境造成了恶劣的破坏。因此减少CO₂的排放或高效捕获再利用CO₂对于缓解气候变化和能源危机具有重要意义。目前为止，已经有多种将CO₂转化的方法被研究应用，包括光催化、电催化、吸附捕获、生化还原等。而从众多的研究表明可以发现，光催化转化CO₂是一种节能、持久、无污染的高优势处理技术，通过利用半导体催化剂对于还原CO₂不仅可以高效利用太阳能，还不会对环境造成二次污染，同时，催化剂的可循环利用极大地节约了光催化CO₂转化的成本。然而绝大多数的半导体都具有可见光吸收能力差、光生电子-空穴复合率高、带隙较大等缺点，所以产生了在对CO₂光催化还原过程中出现低转化、CO产率低等的缺陷现象。

近年来，金属-有机骨架材料(MOFs)作为一种具有高比表面积和可调节孔结构的新型孔道骨架材料已经应用于CO₂吸附和光还原CO₂的实验中。MOFs的金属中心通常在光催化过程中作为光活性中心或吸附位点的存在对气体进行吸收转化，由于它的类半导体特性，MOFs中的M-O簇节点、金属中心、有机骨架之间对于电子-空穴的转换和分离方面起到了重要的作用，而在所有可能的可见光驱动的CO₂还原反应路径中，双电子转移驱动二氧化碳转变为一氧化碳和多电子反应相比具有较低反应势垒这一优势。CO作为合成气(CO和H₂)的一种主要成分对于工业合成烃类化合物拥有很大的潜在价值。MOFs材料的结构多变，金属中心和配体的可调节性强，但是它对可见光的低吸收能力也严重限制了它的光催化还原活性，导致在对CO₂光催化还原过程中出现低转化、CO产率低等缺陷。

为了解决MOFs材料在光催化还原CO₂时出现的上述缺陷，非常有必要提供一种新型的用于光催化还原CO₂的有机干凝胶纳米材料及其制备方法和应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明的目的是提供一种用于光催化还原CO₂的有机干凝胶纳米材料及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种用于光催化还原CO₂的有机干凝胶纳米材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将金属源溶于有机溶剂中并加入有机配体进行搅拌，得到混合液；所述金属源为铁源和钴源，或所述金属源为铁源和镍源；所述有机配体为苯羧酸类有机配体；

(2)将所述混合液进行高温反应，得到凝胶态产物；

(3)将所述凝胶态产物进行洗涤、干燥与研磨，得到有机干凝胶粉末；