一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术的目的在于提供一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法及其应用，属于Ce基光催化材料的可控制备及其光驱动CO2资源化绿色利用技术领域，以硝酸铈铵为铈源、2

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于Ce基光催化材料的可控制备及其光驱动CO2资源化绿色利用
，具体涉及一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]CO2过度排放带来的能源危机和环境问题（如温室效应、冰川融化、旱涝灾害等）已引起人类的密切关注。其中，人工光驱动技术利用太阳光将CO2转化为高附加值化学品(如CH3OH、CH3CH2OH、(CH3O)2CO等)被认为是一种理想的洁净能源技术【ACS Catalysis, 2018, 8(11): 10446
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10456.】。目前报道的光驱动CO2加氢产物局限于低附加值的C1分子【Materials Today, 2020, 32: 222
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243.】，因此探索制备高附加值碳烃化合物是一项极具有意义的工作。
[0003]碳酸二甲酯(DMC，Dimethyl Carbonate)具有使用安全方便、污染少、运输便利、环保低毒、性能优异等特质，常被用作羰基化试剂、甲基化试剂等生产聚碳酸酯、异氰酸酯、聚碳酸二甲酯等化工产品【Industrial&Engineering Chemistry Research, 2022, 61(30): 10804
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10817.】。同时，DMC还可作为低毒优良溶剂和潜在的汽油添加剂，用于终端覆盖汽车、电池、储能等领域【Journal of Catalysis, 2019, 371: 88
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95.】。目前，DMC的合成技术主要有光气法、酯交换法、甲醇羰基化氧化法、尿素醇解法以及CO2/CH3OH直接合成法【Chemical Engineering Journal, 2020, 395: 124970.】。其中，由于直接催化CO2/CH3OH合成DMC的过程中原子利用率高、成本低廉、反应过程避免有毒化学品或产品等优点，一直被认为是一个绿色可持续发展途径。然而，反应过程存在CO2难活化、产物选择性低、热力学平衡限制等问题【ChemCatChem, 2018, 10(2): 391
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394.】。因此，选择
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构建优良的催化剂体系促使反应向目标产物发生是拟解决关键科学问题的核心内容。鉴于CeO2具有优异的电子结构、丰富的酸碱活性位点、可调的氧空位浓度被广泛应用于热催化CO2/CH3OH合成DMC【Green Chemistry, 2021, 23(1): 457
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469.】。但是，在反应过程中CO2分子的难活化及生成的H2O分子在热催化中难以除去严重抑制正反应的进行。
[0004]研究发现，通过借助人工光驱动技术可以将H2O分子进行氧化，既有利于正反应进行又确保光催化剂的高效活性和稳定性。基于以上现状，本专利技术提出一种简易水热法制备核壳结构的CeO2纳米微球光催化剂，为直接CO2/CH3OH制备DMC的高效催化剂设计提供新的研究思路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法及其应用，首先，以硝酸铈铵为铈源、2
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甲基咪唑为配体、甲醇和去离子水为溶剂、十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，采用简易水热法制备Ce
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MOFs前驱体；其次，将Ce
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MOFs前驱体在空气氛围下焙烧5 h，得到核壳结构CeO2光催化剂。该制备方法的主要特点是通过调整铈源与配体的比例在1:10的范围内，均可制得核壳结构CeO2纳米微球光催化剂，且CeO2纳米微球颗粒尺寸
随着配体所占比例增加而增大。实验性能测试结果表明，CeO2纳米微球颗粒尺寸大小对光催化CO2/CH3OH制备碳酸二甲酯的活性具有显著影响，为高效光催化剂的制备及碳酸二甲酯的合成提供新的研究思路。
[0006]一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法，包括如下步骤：第一步，硝酸铈铵和2
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甲基咪唑按比例分别溶于等体积的甲醇和去离子水中，搅拌0.5～2 h，形成溶液A和B，取等体积溶液A和B混合，同时加入十二烷基苯磺酸钠，并搅拌4～6 h，形成淡黄色悬浮液C，去离子水和无水甲醇分别洗涤3次，将其离心收集，在70℃的烘箱下干燥12 h得到Ce
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MOFs前驱体；第二步，称取0.1～0.5 g Ce
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MOFs前驱体放入坩埚中，空气氛围下，400～600℃焙烧4～8 h，取出坩埚冷却至室温，然后收集产物，即制得核壳结构CeO2纳米微球光催化剂。
[0007]进一步地，第一步中所述硝酸铈铵和2
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甲基咪唑的摩尔比为1:1~1:10。
[0008]进一步地，第一步中所述甲醇和去离子水的体积为50~200mL。
[0009]进一步地，第一步中所述十二烷基苯磺酸钠和硝酸铈氨的摩尔比是20~40：1。
[0010]一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂应用于光驱动CO2/CH3OH合成DMC。
[0011]在不同光源（无光、紫外光和模拟太阳光）照射下，光驱动CO2/CH3OH为DMC的性能优异（DMC产率为0.5
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1.5 mmol/g），具有良好的光催化CO2还原应用前景，达到利用可再生能源实现CO2资源化绿色转化之目的。
[0012]进一步地，所述光包括紫外光、可见光、模拟太阳光的任一种光源。
[0013]本专利技术的有益效果如下：1. 核壳结构CeO2纳米微球光催化制备方法简单易控，且光驱动CO2/CH3OH合成DMC性能优异，反应过程对环境友好，不产生有害副产物；2. 相比于传统热催化，光的引入不仅有利于CO2分子的活化，同时有效及时除去H2O分子驱使反应向正方向移动；3. 制备具有核壳结构CeO2纳米微球并应用于光驱动合成DMC领域，既能为高活性Ce基材料制备提供新方法和新应用，又对解决能源危机和环境绿色治理具有潜在的应用价值。
附图说明
[0014]图1为实施例1
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3中制备的CeO2光催化剂的X射线衍射(XRD)图（实施例1：CeO2‑
1；实施例2：CeO2‑
5；实施例3：CeO2‑
10）；图2为实施例1中制备的CeO2光催化剂的SEM图；图3为实施例2中制备的CeO2光催化剂的SEM图；图4为实施例3中制备的CeO2光催化剂的SEM图；图5为实施例1
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3中制备的CeO2光催化剂用于光驱动CO2/CH3OH合成DMC性能测试，在无光、紫外和模拟太阳光照射下DMC产率柱状图。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术的技术方案更加清楚明白，下面将列出本专利技术的具体实施方案，但本专利技术的内容不止局限于所列举的实施方式范围：
实施例11）硝酸铈铵和2
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甲基咪唑（摩尔比为1:1）分别溶于等体积（50 mL）甲醇和去离子水中，搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构CeO2纳米微球光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，硝酸铈铵和2
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甲基咪唑按比例分别溶于等体积的甲醇和去离子水中，搅拌0.5～2 h，形成溶液A和B，取等体积溶液A和B混合，同时加入十二烷基苯磺酸钠，并搅拌4～6 h，形成淡黄色悬浮液C，去离子水和无水甲醇分别洗涤3次，将其离心收集，在70℃的烘箱下干燥12 h得到Ce
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MOFs前驱体；第二步，称取0.1～0.5 g Ce
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MOFs前驱体放入坩埚中，空气氛围下，400～600℃焙烧4～8 h，取出坩埚冷却至室温，然后收集产物，即制得核壳结构CeO2纳米微球光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种核壳结构C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小超，官修帅，靳山彪，郑谦，张长明，李瑞，刘建新，王韵芳，王雅文，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：