[发明专利]碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO2

摘要

本发明涉及CO2气体的转化利用技术，旨在提供一种碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO2的方法。包括：以多孔碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂作为阴极电极的涂覆材料，以TiO2纳米管制得阳极电极；双光照反应器采用透明腔体，分别安装阴极电极和阳极电极，中间用Nafion膜隔开；氙灯365nm准单色波段光照射阳极电极，氙灯可见光照射阴极电极；阳极腔中加饱和NaCl水溶液，阴极腔中加饱和NaHCO3水溶液，将CO2通入阴极腔中进行双光照还原反应；阴极腔中液体产物包括甲醇、乙醇和丙醇，阴极腔中气体产物包括H2、CH4和CO。本发明提高了CO2还原为液体醇类产物的选择性；提高了光生电子‑空穴的分离效率并抑制其再次结合，使双光照还原CO2反应的整体转化效率提高了50％。

主权项

1.一种碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂双光照还原CO2的方法，其特征在于，具体包括下述步骤：(1)取1～100g锌钴咪唑骨架放入管式炉中，在氮气和氢气的混合气体中升温到600℃，恒温加热3小时，得到煅烧产物；(2)将步骤(1)中煅烧产物与0.1～10g酞氰化锌混合，充分研磨后加入到50～5000ml四氢呋喃液体中；在磁力搅拌下80℃油浴锅中加热，使液体全部蒸发后得到固体混合物；(3)将步骤(2)中的固体混合物置于马弗炉中，升温至300℃，恒温煅烧2小时，制得多孔碳锌钴担载酞氰化锌异质结催化剂；取该催化剂10～100mg、去离子水100～1000μL、Nafion溶液200～2000μL，采用超声波均匀混合后，涂刷在孔径为200目的平面泡沫铜上，然后置于35℃真空烘箱中干燥24小时，制得阴极电极；(4)取纯度98％、厚度0.025mm的钛片作为阳极，以铂电极为阴极，以400ml乙二醇和氟化铵的混合有机溶液为电解质，电解制得TiO2纳米管；(5)取步骤(4)中的TiO2纳米管5g，放入浓度为0.06～6mmol/ml的钛酸四异丙酯的乙醇溶液中，磁力搅拌得到混合溶液；(6)取0.03～3mol氢氟酸加入步骤(5)中的混合溶液中，然后转移到内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，在180℃下保温24～48小时，制得具有(001)(110)接触晶面暴露结构的TiO2纳米管阳极电极；(7)采用透明有机玻璃腔体的双光照反应器，在一侧安装步骤(3)中的阴极电极，另外一侧安装步骤(6)中的阳极电极，两侧腔室采用石英玻璃密封并在中间用Nafion膜隔开；用氙灯365nm准单色波段光模拟太阳紫外光照射阳极电极，用氙灯可见光模拟太阳光照射阴极电极，将阳极电极和阴极电极用钛丝连接形成外部电路；(8)向双光照反应器的阳极腔中加入饱和NaCl水溶液，向阴极腔中加入饱和NaHCO3水溶液，将CO2通入阴极腔中进行双光照还原反应；反应4～20小时后收集阴极产生的气体和阴极腔中的液体；利用气相色谱仪检测气相和液相产物成分，阴极腔中的液体产物包括甲醇、乙醇和丙醇，阴极产生的气体产物包括H2、CH4和CO。