The invention relates to a ternary structure electrode, in particular to a photoelectric catalytic reduction carbon dioxide ternary structure electrode, in which metalloporphyrin acts as both a light absorber and a catalytic reductant, and a ternary structure composed of titanium dioxide nanocrystals. Under visible light irradiation and a certain bias voltage, the electrode as a photocatalytic cathode can convert carbon dioxide into carbon monoxide or methanol in different electrolyte systems with high conversion and selectivity, while a small amount of hydrogen and methane gas is precipitated. In addition, the preparation method of the ternary structure electrode for photocatalytic reduction of carbon dioxide and the application of the ternary structure electrode for photocatalytic reduction of carbon dioxide are also recorded in this application.
【技术实现步骤摘要】
光电催化还原二氧化碳的三元结构电极及制备方法与应用
本专利技术涉及一种三元结构电极,特别是一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极。另外,本申请中还记载了上述光电催化还原二氧化碳的三元结构电极的制备方法,以及上述光电催化还原二氧化碳的三元结构电极的应用。
技术介绍
工业水平的不断发展依赖于巨大的能源需求,化石燃料在我国能源结构中所占比例较高,而化石燃料的燃烧带来的是巨大的二氧化碳排放。二氧化碳是化石能源燃烧后排放到大气中的主要产物,是引起全球变暖的温室效应气体,但同时也是一种廉价并且来源丰富的碳一资源。如果能将二氧化碳还原成气态燃料或者更具价值的液态化学品。不仅可以有效缓解能源需求的压力,从结果来看还可以减少温室气体的排放。二氧化碳分子具有稳定的热力学结构以及阻碍其活化和转化的高能量势垒,其催化还原能够经历多个电子与质子的转化途径,获得不同的还原产物。在1978,Halman报道了利用P型磷化镓作为光阴极光电催化CO2还原获得少量甲酸、甲醛和甲醇的开拓性研究。随后,Honda等人报道了一系列半导体粉末对CO2的光电催化还原。目前,大量的异相与均相催化剂已经被开发并用于提高CO2的光电催化还原效率。自然界的光合作用当中运行着最为成熟的光捕获与二氧化碳还原系统。在光系统当中,以卟啉作为核心结构的叶绿素扮演着重要的作用。金属卟啉作为一种光敏剂在染料敏化太阳能电池中已经获得了巨大的成功,受激发的光敏剂能够将电子转入半导体二氧化钛的导带当中,已经被证明具有高效的光吸收性能。本专利技术涉及的阳极催化材料即以含胺基团的金属卟啉敏化剂用于光能的捕获。现有研究结果显示,金属卟 ...
【技术保护点】
1.一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极,其特征在于:该电极以FTO导电玻璃作为基底,在基底表面制备光电催化反应层,由卟啉锌作为光吸收剂,由卟啉铁或卟啉铜作为催化还原剂,光吸收剂与催化还原剂吸附在二氧化钛表面构成光电催化反应层,构成三元结构电极。
【技术特征摘要】
1.一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极,其特征在于:该电极以FTO导电玻璃作为基底,在基底表面制备光电催化反应层,由卟啉锌作为光吸收剂,由卟啉铁或卟啉铜作为催化还原剂,光吸收剂与催化还原剂吸附在二氧化钛表面构成光电催化反应层,构成三元结构电极。2.根据权利要求1所述的一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极,其特征在于:上述卟啉锌占二氧化钛表面卟啉吸附量的10%-80%;上述卟啉铁或卟啉铜占二氧化钛表面卟啉吸附量的20%-90%。3.根据权利要求1所述的一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极,其特征在于:所述卟啉锌为5-(4-羧基苯乙炔基)-15-氢-10,20-二苯基卟啉锌与四(4-羧基苯基)卟啉锌中的任意一种;所述卟啉铁为四(4-羧基苯基)卟啉铁、四(4-羟基苯基)卟啉铁与四(4-吡啶基)卟啉铁中的任意一种;所述卟啉铜为四(4-羧基苯基)卟啉铜、四(4-羟基苯基)卟啉铜与四(4-吡啶基)卟啉铜中的任意一种。4.一种光电催化还原二氧化碳的三元结构电极的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)光电催化反应层中介孔二氧化钛结构的制备;(2)浴染溶液的配置:将卟啉锌光吸收剂取一定量分散于乙醇、乙腈、四氢呋喃与甲苯中的任意一种或多种混合的有机溶剂中,配置成0.1-0.5mmol/L的浴染溶液A;将卟啉铁或卟啉铜催化还原剂取一定量分散于乙醇、乙腈、四氢呋喃与甲苯中的任意一种或多种混合的有机溶剂中,配置成0.1-0.5mmol/L的浴染溶液B;将卟啉锌光吸收剂与卟啉铁或卟啉钴催化还原剂取一定量分散于乙醇、乙腈、四氢呋喃与甲苯中的任意一种或多种混合的有机溶剂中,配置成0.1-0.5mmol/L的混合浴染溶液C,其中光吸收剂与催化还原剂的比例在1:10-10:1;(3)光电催化反应层制备的步骤与条件:将步骤(1)制备好的二氧化钛电极首先置于制备好的预染溶液A当中,25-50℃浸泡2-24h;浸泡完毕,将二氧化钛电极取出,于乙腈中多次洗涤,洗去未吸附的金属卟啉分子,氮气氛下冷风吹干;再将吹干的二氧化钛电极置于预染溶液B当中,25-50℃浸泡2-24h;浸泡完毕,将已经吸附了两种结构的二氧化钛电极取出,于乙腈...
【专利技术属性】
技术研发人员:苟发亮,蒋谞,齐陈泽,
申请(专利权)人:绍兴文理学院,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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