本发明专利技术涉及一种光催化还原CO2的助催化剂及其制备方法与应用，属于光催化领域。包括以下步骤：（1）将TiO2纳米片分散到水中，搅拌均匀；（2）向步骤（1）的溶液中加入五水硝酸铋，搅拌均匀；搅拌的同时，通入CO2气体；（3）采用氙灯进行光照，然后经洗涤、干燥制备得到Bi/TiO2复合光催化剂。本发明专利技术制备Bi/TiO2复合光催化材料，由于Bi的助催化作用，可以有效地实现光生电子和空穴的有效空间分离，使Bi/TiO2复合光催化剂具有较高的CO2光催化转化活性，对于新型非贵金属助催化剂的探索具有较高的价值；本发明专利技术制备方法简单，实验步骤易于操作。
Photocatalyst for photocatalytic reduction of carbon dioxide and preparation method and application thereof
The invention relates to a co-catalyst for photocatalytic reduction of CO2, a preparation method and application thereof, belonging to the field of photocatalysis. It includes the following steps: (1) dispersing the nano-sized TiO2 into water, stirring evenly; (2) adding bismuth nitrate pentahydrate to the solution of step (1) stirring evenly; stirring at the same time, adding CO2 gas; (3) using xenon lamp for illumination, and then washing and drying to prepare Bi / TiO2 composite photocatalyst. The Bi/TiO2 composite photocatalytic material prepared by the invention can effectively realize the effective space separation of photogenerated electrons and holes due to the catalytic effect of Bi, so that the Bi/TiO2 composite photocatalyst has high CO2 photocatalytic conversion activity and high value for the exploration of new non-noble metal co-catalyst. The method is simple and the experimental steps are easy to operate.
【技术实现步骤摘要】
一种光催化还原二氧化碳的助催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种光催化还原CO2的助催化剂及其制备方法与应用，属于光催化转化CO2温室气体为高附加值的有机物的环保
技术介绍
近年来，半导体光催化剂被广泛应用在光转化CO2为高附加值的有机物来缓解能源危机和解决CO2气体温室效应。迄今为止，科研人员已经发现很多的光催化剂能够光转化CO2为有价值的有机物，如TiO2、CdS、SrTiO3、C3N4、BiVO4等等。目前，虽然很多的工作针对CO2光催化还原取得了很好的成果，但是其转化效率仍然不能够满足工业生产的需求，因此进一步的探索是非常有意义的。其中，助催化剂的使用被看作是一种非常有效的方法能够显著地提高CO2光转化效率。当前，助催化剂的研究主要集中在贵金属基材料，例如：Pt、Ag、Au、Pd、Ru等。尽管，贵金属基助催化剂获得了很多卓越的成果，但是由于其低的储存量和高的成本使它们很难作为工业级应用。因此，非贵金属基助催化剂的探索成为了趋势和引起了科研人员越来越多的关注。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术的目的是提供一种新型光催化还原CO2的助催化剂及其制备方法与应用，通过该方法合成的Bi/TiO2复合光催化材料，由于Bi的助催化作用，可以有效地实现光生电子和空穴的有效空间分离，使Bi/TiO2复合光催化剂具有较高的CO2光催化转化活性，对于新型非贵金属助催化剂的探索具有较高的价值。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一个方面，提供一种Bi/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiO2纳米片分散到水中，搅拌均匀；(2)向步骤(1)的溶液中加入五水硝酸铋，搅拌均匀；搅拌的同时，通入CO2气体；(3)采用氙灯进行光照，然后经洗涤、干燥制备得到Bi/TiO2复合光催化剂。本专利技术的第二个方面，提供采用上述方法制备得到的Bi/TiO2复合光催化剂。本专利技术的第三个方面，提供上述Bi/TiO2复合光催化剂及其制备方法在光催化领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：(1)助催化剂Bi的原料来源广泛，成本低廉。(2)本专利技术的Bi/TiO2复合光催化剂制备方法简单，只需一步原位光沉积就可制得，减少了环境污染，且制备成本低。(3)本专利技术制备Bi/TiO2复合光催化剂，制备机理为标准氢电势差，在氙灯光照和CO2气氛的情况下，TiO2的光生电子将吸附在TiO2表面的Bi3+离子还原为单质Bi，此方法新型助催化剂的制备提供了一条新的途径。(4)本专利技术制备的Bi助催化剂，有效地促进了光催化的光生电子和空穴的分离，显著地提高了CO2光转化效率。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例1产物的X射线图。图2为本专利技术实施例1产物的SEM图。图3为本专利技术实施例1的复合光催化剂的活性测试结果。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中光催化还原CO2的助催化剂及其制备方法存在一定的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种新型光催化还原CO2的助催化剂及其制备方法与应用，通过原位光沉积法在TiO2表面均匀沉积了Bi量子点和铋量子点被用作光催化CO2还原的助催化剂，使CO的产量提高了约4.8倍相对于纯催化剂。本专利技术发现了一种新型CO2光转化用助催化剂和为新型助催化剂的探索提供一条新的途径。在本专利技术一个典型的实施方式中，提供了一种Bi/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiO2纳米片分散到水中，搅拌均匀；(2)向步骤(1)的溶液中加入五水硝酸铋，搅拌均匀；搅拌的同时，通入CO2气体；(3)采用氙灯进行光照，然后经洗涤、干燥制备得到Bi/TiO2复合光催化剂。优选的，步骤(1)中，所述TiO2纳米片和水的投料比例为(0.1～0.2)g:(50～100)mL。其中所述TiO2纳米片为纳米级片状粒子，可通过常规的实验方法制备得到或通过商业途径购买得到。优选的，步骤(1)中，所述搅拌时间为10～30min。优选的，步骤(2)中，所述五水硝酸铋的质量为TiO2纳米片的3～18％。经过试验验证，合适的原料比例质量得到的Bi/TiO2复合光催化剂催化性能更加优异。优选的，步骤(2)中，所述搅拌时间为10～30min，所述搅拌为室温下搅拌。优选的，步骤(2)中，通入CO2气体的时间为5～20min。优选的，步骤(2)中，所述CO2气体为高纯气体，纯度为99.99％～99.999(v/v)％。优选的，步骤(3)中，氙灯光照4h。在本专利技术的一个典型的实施方式中，提供了采用上述方法制备得到的Bi/TiO2复合光催化剂，该Bi/TiO2复合光催化剂具有较高的CO2光催化转化活性。在本专利技术的一个典型的实施方式中，上述Bi/TiO2复合光催化剂及其制备方法在光催化领域中的应用。为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本专利技术的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本专利技术的技术方案。实施例1量取100ml去离子水加入到石英CO2反应器中，称取0.1gTiO2纳米片分散到水中，室温搅拌10min，加入TiO2纳米片质量的12％的五水硝酸铋，搅拌10min，在搅拌的同时通入高纯CO2气体15min，然后用氙灯光照4h，经洗涤、干燥制得Bi/TiO2复合光催化剂。图1为本实施例所得产物的X射线衍射图，由图可知，通过比对立方相的Bi标准卡片(JCPDSfileno.26-214)，可以发现金属Bi的存在，说明在金属Bi成功生长到了锐钛矿TiO2上面。图2为本实施例所得产物的TEM图，由图可知TiO2的表面均匀负载了大量的Bi量子点。实施例2量取80ml去离子水加入到石英CO2反应器中，称取0.12gTiO2纳米片分散到水中，室温搅拌15min，加入TiO2纳米片质量的6％的五水硝酸铋，搅拌15min，后在搅拌的同时通入高纯CO2气体10min，然后用氙灯光照4h，经洗涤、干燥制得Bi/TiO2复合光催化剂。实施例3量取70ml去离子水加入到石英CO2反应器中，称取0.15gTiO2纳米片分散到水中，室温搅拌20min，加入18％的五水硝酸铋，搅拌20min，后在搅拌的同时通入高纯CO2气体5min，然后用氙灯光照4h，经洗涤、干燥制得Bi/TiO2复合光催化剂。实施例4量取90ml去离子水加入到石英CO2反应器中，称取0.2gTiO2纳米片分散到水中，室温搅拌30min，加入18％的五水硝酸铋，搅拌30min，后在搅拌的同时通入高纯CO2气体20min，然后用氙灯光照4h，经洗涤、干燥制得Bi/TiO2复合光催化剂。实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Bi/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）将TiO2纳米片分散到水中，搅拌均匀；（2）将五水硝酸铋加入步骤（1）的溶液中，搅拌均匀；搅拌的同时，通入CO2气体；（3）采用氙灯进行光照，然后经洗涤、干燥制备得到Bi/TiO2复合光催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种Bi/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）将TiO2纳米片分散到水中，搅拌均匀；（2）将五水硝酸铋加入步骤（1）的溶液中，搅拌均匀；搅拌的同时，通入CO2气体；（3）采用氙灯进行光照，然后经洗涤、干燥制备得到Bi/TiO2复合光催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述TiO2纳米片和水的投料比例为（0.1~0.2）g:（50~100）mL。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，搅拌时间为10~30min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述五水硝酸铋的质量为TiO2纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜在勇，陈嘉川，袁之敏，杨桂花，苗文康，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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