一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，公开了一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂、制备方法及应用，所述合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法包括：称取TiO2加于无水乙醇中，并超声分散，将悬浊液转移到夹套光反应器中；向悬浊液中持续鼓入氮气以排除悬浊液中的O2；加入一定量的Cu(NO3)2溶液，在剧烈搅拌下打开高压汞灯进行光照；加入一定量的AgNO3溶液，继续光照；反应结束后将悬浊液过滤并用去离子水洗涤，将滤饼烘干，最终获得目标催化剂。本发明专利技术提供了一种简便的分步光沉积方法制备合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂，制备成本较低，可批量生产，该催化剂中Ag的含量很低，催化剂的制备成本很低。成本很低。成本很低。

【技术实现步骤摘要】
一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光催化
，尤其涉及一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，由于能够以取之不竭太阳能作为减少温室气体和缓解能源/资源短缺的驱动力，将CO2和H2O光催化转化为燃料或工业原料的技术引起了人们的广泛兴趣。目前光催化CO2还原所获得的产物主要局限于CO、CH4等C1燃料，然而，却难以获得高附加值的工业原料。C2H4是生产各种塑料、溶剂、合成纤维、合成橡胶、合成树脂和化妆品的基本化工原料，因而其需求量超过了全球大多数其他有机化合物，成为了当前石油化工工业中最大宗的原材料。因此，光催化CO2还原制备C2H4被认为是光催化CO2资源化利用途径中最有前景的途径之一。
[0003]近年来，有一些利用光催化技术将CO2和H2O转化为C2H4的报道。这些研究证明了光催化转化CO2和H2O制取C2H4的可行性，但是即使引入了热和牺牲剂，C2H4的产率仍然较低(26.6μmol g
‑1h
‑1)。这是因为这些催化剂难以实现既能促进中间产物的C
‑
C偶联，又能促进C2H4*中间产物从催化剂表面的脱附。因此，制备即能够促进中间产物的C
‑
C偶联，又能促进C2H4*中间产物脱附的催化剂可以实现大规模的光催化CO2还原制备C2H4。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的催化剂难以实现既能促进中间产物的C
‑
C偶联，又能促进C2H4*中间产物从催化剂表面的脱附，因此，难以获得较高的C2H4产率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂、制备方法及应用。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法包括：
[0007]步骤一，称取TiO2加于无水乙醇中，并超声分散，将悬浊液转移到夹套光反应器中；
[0008]步骤二，向悬浊液中持续鼓入氮气以排除悬浊液中的氧气；
[0009]步骤三，加入一定量的Cu(NO3)2溶液(5
‑
20g/L,1
‑
40mL)，在剧烈搅拌下打开高压汞灯进行光照；
[0010]步骤四，加入一定量的AgNO3溶液(1
‑
10g/L,1
‑
40mL)，继续光照；
[0011]步骤五，反应结束后将悬浊液过滤并用去离子水洗涤，将滤饼烘干，最终获得目标催化剂。
[0012]进一步，所述步骤一中TiO2称取1
‑
10g，无水乙醇的用量为100
‑
1500mL，超声分散时间为10
‑
60min。
[0013]进一步，所述步骤二鼓入氮气的持续时间为10
‑
60min。
[0014]进一步，所述步骤三中高压汞灯功率为100
‑
300W，光照时间为10
‑
90min。
[0015]进一步，所述步骤四中的光照时间为10
‑
90min；
[0016]进一步，所述步骤五中的滤饼在50
‑
120℃的真空环境下烘干。
[0017]进一步，所述步骤五中的洗涤次数为1
‑
10次。
[0018]本专利技术的另一目的在于提供一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂，所述合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂由Cu
‑
Ag合金亚纳米团簇活性位点和TiO2载体构成。
[0019]进一步，所述Cu
‑
Ag合金以亚纳米团簇的形态存在，具有团簇的基本光电特性。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种光催化CO2还原制备C2H4的方法，所述光催化CO2还原制备C2H4的方法采用合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂。
[0021]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0022]本专利技术提供了一种简便的分步光沉积方法制备合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂，在分布光沉积中由于Cu可以作为电子富集位点，可以有效地促进Ag沉积在Cu位点处形成Cu
‑
Ag合金，从而避免Cu和Ag为相分离状态，另外，本方法制备成本较低，可批量生产，该催化剂中Ag的含量很低，催化剂的制备成本很低。
[0023]在本专利技术制备的Cu
‑
Ag合金亚纳米团簇中，Ag可以促进中间产物的C
‑
C偶联，Cu可以促进C2H4*中间产物从催化剂表面脱附，从而提高C2H4的产率，这种Cu和Ag协同作用促进C2H4产生的方式为合金亚纳米团簇催化剂光催化还原CO2为C2燃料或工业原料开辟了新的范式。
[0024]本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值：C2H4是生产各种塑料、溶剂、合成纤维、合成橡胶、合成树脂和化妆品的基本化工原料，因而其需求量超过了全球大多数其他有机化合物，成为了当前石油化工工业中最大宗的原材料。2016年全球C2H4的产能超过1.7亿吨,而C2H4的生产规模、产量和技术也标志着一个国家石油化学工业的发展水平。在工业中，C2H4通常由石脑油原料在800
‑
900℃下裂解产生，然而这需要消耗大量的能量和不可再生原料。随着全球石化能源的大量消耗，石化能源日益枯竭，因此，开发以可再生物质为原料的C2H4合成工艺具有重大战略意义。本专利技术利用光催化技术，即人工光合作用，在太阳光照射下，将CO2转化为C2H4，在反应过程中不仅没有消耗能源，更消耗了CO2温室气体，因此本专利技术的技术方案转化后具有较高的预期收益和商业价值。
[0025]本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：近年来，有一些利用光催化技术将CO2和H2O转化为C2H4的报道。这些研究证明了光催化转化CO2和H2O制取C2H4的可行性，但是即使引入了热和牺牲剂，C2H4的产率仍然较低(26.6μmol g
‑1h
‑1)。这可能是因为这些催化剂难以实现既能促进中间产物的C
‑
C偶联，又能促进C2H4*中间产物从催化剂表面的脱附。Ag对CO2还原过程中的中间产物C
‑
C偶联的促进作用远优于Cu，但是C2H4*中间产物在Ag的表面却难以像在Cu的表面一样顺利脱附(图1)。所以本专利技术通过调节Cu
‑
Ag合金的组成，催化剂的C
‑
C偶联能力和C2H4*中间产物的脱附能力可以达到一个最佳的平衡，从而使催化剂既能像Ag一样促进中间产物的C
‑
C偶联，又能像Cu一样促进C2H4*中间产物顺利从催化剂表面脱附，从而获得较高的C2H4产率。本专利技术的技术方案解决了催化剂难以兼顾中间体的C
‑
C偶联和C2H4*中间体的脱附的难题，填补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法包括：步骤一，称取TiO2加于无水乙醇中，并超声分散，将悬浊液转移到夹套光反应器中；步骤二，向悬浊液中持续鼓入氮气以排除悬浊液中的O2；步骤三，加入一定量的的Cu(NO3)2溶液，在剧烈搅拌下打开高压汞灯进行光照；步骤四，加入一定量的AgNO3溶液，继续光照；步骤五，反应结束后将悬浊液过滤并用去离子水洗涤，将滤饼烘干，最终获得目标催化剂。2.如权利要求1所述的合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中TiO2称取1
‑
10g，无水乙醇的用量为100
‑
1500mL，超声分散时间为10
‑
60min。3.如权利要求1所述的合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二鼓入氮气的持续时间为10
‑
60min。4.如权利要求1所述的合金亚纳米团簇CO2还原光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中高压汞灯功率为100
‑
300W，光照时间为10
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：于洋洋，耿芹，谢洪涛，董帆，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：