一种CeO2@Cu-TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种CeO2@Cu

【技术实现步骤摘要】
一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化领域，具体涉及一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)是造成地球大气温室效应的主要因素之一，由此产生的环境问题对人类健康产生了重大影响。解决这一问题最有希望的方法之一是直接将CO2光催化转化为太阳能，这不仅缓解了环境问题，而且提供了高价值的可再生燃料。在所有可能的方法中，基于半导体的二氧化碳光还原技术以其经济、高效和可再生的优势脱颖而出。但是，单一组分的半导体材料存在较多缺点，如光响应范围小、稳定性差以及催化效率低等，这些缺点使得其已不能满足实际功能应用的需求，因此，开发出性能优异、环境友好和制备方法简单的复合半导体光催化材料对降低CO2具有重要意义。
[0003]金属
‑
有机骨架(MOF)由无机金属离子/团簇和通过配位键连接的有机桥联物组成，因其具有比表面积大、结构多样性，在分子水平上定义良好的金属中心和可定制的化学功能。基于卟啉的MOF材料由于其高效的可见光捕获而被认为是半导体，并且已经被研究作为CO2还原的光催化剂。二维Cu
‑
TCPP纳米片由于其超薄的厚度可以诱导高的电子转移容量和丰富的暴露活性中心，从而显著增强CO2的吸附/活化，因此具有极大的吸引力。同时，其坚固的卟啉结构有利于光捕获和电荷载流子转移。与传统光催化剂相比，MOF在光催化CO2反应中具有许多优势，尤其是选择性吸附CO2的能力。然而，由于光生电荷形成和电荷分离效率较低，单组分MOF的光催化性能仍无法与无机半导体相媲美。
[0004]专利CN111589451A中公布了一种用于CO2还原的负载氧化镍和二氧化铈的氧化石墨烯，该方法制备的光催化剂虽然在一定程度上提高了催化效率，但其催化所得CO和CH4产量仍有待提高；专利CN108525677B中公布了一种二氧化铈/硫化铟锌纳米片复合催化剂及其在可见光催化CO2转化中的应用，在该种复合催化剂中，其催化效率相对于单一材料均有所提高，但其中所需的CeO2需要在400
‑
500℃下煅烧得到，制备工艺存在一定的安全隐患,且不利于节能环保。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂，这种复合光催化剂的制备方法，以及这种复合光催化剂的应用。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种CeO2@Cu
‑
TCPP光催化剂。在许多金属氧化物中，氧化铈(CeO2)是一种储量丰富、稳定、低毒且价格低廉的n型半导体。CeO2是一种宽带隙半导体材料，可以吸收近紫外和一小部分可见光，与TiO2相比，CeO2上光生载流子的寿命也更长。另外，由于其丰富的氧空位、独特的4f15d1轨道以及Ce
4+
/Ce
3+
在氧化还原过程中储存和释放氧气的能力，在光催化制氢和CO2还原方面具有良好的应用前景。但是因为其带隙较宽并且较低的太阳吸收和光产生电荷的快速复合，所以在实际应用中很少单独用。
[0007]因此，本申请将CeO2和Cu
‑
TCPP进行复合，得到二元复合光催化剂CeO2@Cu
‑
TCPP。该复合材料可以有效的提高催化剂的电荷传导速率，有益于光生电子
‑
空穴对的分离，并在一定程度上抑制其复合。同时该复合材料还具备Cu
‑
TCPP活性位点多、易于吸附CO2的特点。此外，二者复合还能增强光吸收，提高光利用率，从而进一步提高催化性能。
[0008]本专利技术还提供了制备上述CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0009]1)将Cu(NO3)2·
3H2O和聚乙烯吡咯烷酮溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶剂中，加入CF3COOH，搅拌，缓慢滴入TCPP，超声加热，得到含有Cu
‑
TCPP的反应液；
[0010]2)将Ce(NO3)2·
6H2O溶于去离子水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌至完全溶解，加入所述含有Cu
‑
TCPP的反应液，滴加L
‑
精氨酸溶液，搅拌均匀后加热反应，离心，水洗，干燥，得到CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂。
[0011]优选地，所述Cu(NO3)2·
3H2O、聚乙烯吡咯烷酮、CF3COOH和TCPP的质量比为1：1～5，0.1～2.3：1.3～13。
[0012]优选地，所述Ce(NO3)2·
6H2O、Cu
‑
TCPP和L
‑
精氨酸的质量比为1～20：0.5～2.7：2.7～27。
[0013]优选地，所述N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇的体积比为3：1。
[0014]优选地，所述加入CF3COOH，搅拌中的搅拌时间为0
‑
2h，搅拌速度为200
‑
700rpm。
[0015]优选地，所述超声加热的时间为5
‑
30min，超声加热的温度为60
‑
100℃。
[0016]优选地，所述干燥的温度为40
‑
80℃，干燥的时间为6
‑
24h。
[0017]优选地，所述搅拌均匀后加热反应中加热反应的时间为2～5h。
[0018]本专利技术还提供由上述制备方法制得的CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂在催化二氧化碳制备一氧化碳和甲烷的反应中的应用。
[0019]本专利技术通过将Cu
‑
TCPP和CeO2复合之后，既保留了Cu
‑
TCPP可有效捕获CO2分子、CeO2具有丰富的氧空位等优点，还能够有效抑制电子
‑
空穴复合，提高催化活性。本专利技术所制备的可见光催化剂稳定性好，催化效率高，对光催化CO2还原具有很好的效果，为光催化还原CO2领域提供了新思路，能够推动CO2的资源化利用。同时，本专利技术提供的制备方法制备条件易控，工艺简单，操作安全，有利于进行工业化推广。
附图说明
[0020]下面对说明书附图所表达的内容做简要说明：
[0021]图1是实施例2制得的CeO2@Cu
‑
TCPP透射电镜表征图像；
[0022]图2是本专利技术中实施例1
‑
3制得的CeO2@Cu
‑
TCPP的X射线衍射图谱；
[0023]图3是实施例1
‑
3的光催化的反应性能测试效果图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将Cu(NO3)2·
3H2O和聚乙烯吡咯烷酮溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶剂中，加入CF3COOH，搅拌，缓慢滴入TCPP，超声加热，得到含有Cu
‑
TCPP的反应液；2)将Ce(NO3)2·
6H2O溶于去离子水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌至完全溶解，加入所述含有Cu
‑
TCPP的反应液，滴加L
‑
精氨酸溶液，搅拌均匀后加热反应，离心，水洗，干燥，得到CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Cu(NO3)2·
3H2O、聚乙烯吡咯烷酮、CF3COOH和TCPP的质量比为1：1～5，0.1～2.3：1.3～13。3.根据权利要求1所述的一种CeO2@Cu
‑
TCPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Ce(NO3)2·
6H2O、Cu
‑
TCPP和L
‑
精氨酸的质量比为1～20：0.5～2.7：2.7～27。4.根据权利要求1所述的一种CeO2@Cu
‑
T...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪聪，刘建华，徐强，韩旭，陈玉凤，张海燕，
申请(专利权)人：山东万博环境治理有限公司，
类型：发明
国别省市：