一种多孔氧化铈纳米片催化剂及其制备和在光热协同二氧化碳分解反应中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有光响应的多孔氧化铈纳米片催化剂及制备方法和在光热协同CO2分解反应中的应用。本发明专利技术所得的CeO2催化剂是利用葡萄糖和硝酸盐之间的剧烈氧化还原反应构建牺牲性碳模板而制得。该催化剂在低温紫外可见光条件下能有效的催化CO2分解成为碳氢产物原材料的CO，并具有高稳定性和活性，有利于降解大气中的CO2，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氧化铈纳米片催化剂及其制备和在光热协同二氧化碳分解反应中的应用


[0001]本专利技术属于环境保护及可再生能源领域，具体涉及一种具有光响应的多孔氧化铈纳米片催化剂及其制备方法与应用，该催化剂可以显著提高紫外
‑
可见光下CO2的分解效率。

技术介绍

[0002]CO2的合理利用对解决环境问题和能源危机具有极其重要的意义。
[0003]众所周知，二氧化碳是非极性分子，分子形状是直线型的，两个氧原子分别与碳原子以C=O键的形式连接，碳氧键断裂所需要的能量为750 KJ/mol，远高于碳氢键411 KJ/mol、碳碳键336 KJ/mol和碳氧键327 KJ/mol的键能。因此，从热力学角度来说，二氧化碳具有较高的热力学稳定性，实现二氧化碳还原需要跨越很高的热力学势垒，通常需要依靠外部注入能量打破C=O键，这使通过可再生能源来转化CO2具有重要的意义。
[0004]自然界中，绿色植物的光合作用是在太阳光照下利用水和二氧化碳合成有机物的反应。同时，太阳能无处不在，便于取用，因此，科学家们致力于利用太阳能将CO2转化为能够被人类所使用的高附加值的化学产品，这是非常具有前景和应用价值的发展方向。而光催化剂作为调控光催化反应的重要成分受到研究者的广泛关注。半导体由于具有制备简单、成本低、禁带可调等优点，在传统光催化中得到了广泛的应用，半导体光催化技术是基于半导体受光激发将太阳能转化为化学能的一个新兴技术。近年来，在众多半导体催化剂中，CeO2是一种良好的稀土金属氧化物材料，具有优异的氧化还原特性，并且富含较多的氧空位，是最有前途的光催化剂之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有光响应的多孔氧化铈纳米片催化剂及其制备方法和应用，该催化剂在光热协同分解CO2的反应中具有较高的活性和稳定性，且该催化剂制备方法简单易行，有良好的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下如下技术方案：一种多孔氧化铈纳米片，其是利用葡萄糖和硝酸盐之间的剧烈氧化还原反应，通过将葡萄糖和硝酸铵加热至高温时反应产生的气体吹动熔融的葡萄糖形成具有分层结构的牺牲性碳模板，并使Ce分散在碳模板上，从而形成多孔氧化铈纳米片，其比表面积约为47 m2g
‑1，孔径约为5 nm。
[0007]所述多孔氧化铈纳米片的制备方法具体是将葡萄糖、硝酸铵、六水合硝酸铈溶解于水中，超声使其完全溶解后，转移至80℃烘箱中烘干，再放入马弗炉中经煅烧后退火至室温，所得粉末经研磨，得到所述多孔氧化铈纳米片。
[0008]进一步地，所用葡萄糖、硝酸铵、六水合硝酸铈的质量比为4:5:1。
[0009]进一步地，所述煅烧是于空气气氛中、500 ℃条件下焙烧2h。
[0010]所述多孔氧化铈纳米片可作为催化剂，在低温（100
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250℃）、光照条件下，利用光热协同作用催化CO2分解产生CO，对解决环境和能源问题有重要意义。
[0011]本专利技术的显著优点在于：本专利技术针对光热化学循环太阳能利用效率低、产物生成速率较慢等问题，提出一种氧化铈催化剂，其可光热分解CO2，很好的降低了热化学循环反应温度，增加了反应的活性和稳定性，更有利于工业上应用。
附图说明
[0012]图1为实施例1及对比例1、2所得CeO2催化剂的XRD比较图。
[0013]图2为实施例1所得多孔CeO2纳米片的TEM图。
[0014]图3为实施例1及对比例1、2所得CeO2催化剂的紫外可见漫反射比较图。
[0015]图4为实施例1及对比例1、2所得CeO2催化剂的活性数据比较图。
具体实施方式
[0016]一种多孔氧化铈纳米片，其是按质量比4:5:1将葡萄糖、硝酸铵、六水合硝酸铈溶解于水中，超声使其完全溶解后，转移至80℃烘箱中烘干，再放入马弗炉中，于空气气氛中、500 ℃条件下焙烧2h后退火至室温，所得粉末经研磨即得。
[0017]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0018]实施例1多孔氧化铈纳米片催化剂的制备：将0.4 g葡萄糖、0.5 g硝酸铵、0.1 g六水合硝酸铈溶解于10 ml去离子水中，超声使其完全溶解后，转移至80℃烘箱中烘干，随后放入马弗炉中，在空气气氛中、于500 ℃煅烧2 h后退火至室温，再将所得粉末置于研钵中研磨，得到多孔氧化铈纳米片，记为2D
‑
CeO2。
[0019]对比例1立方形貌CeO2催化剂的制备配制30ml 14mol/L的NaOH溶液和40ml 0.113mol/L的Ce(NO3)3溶液，在搅拌条件下，将NaOH溶液逐滴滴入Ce(NO3)3溶液中，继续搅拌30min，得到乳状悬浮液。之后将所得乳状悬浮液转移到水热反应釜中，经过180℃恒温水热24小时后降至室温，离心，用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀，以去除其他多余离子，再将沉淀置于60℃烘箱中烘干，研磨后于500℃空气中焙烧4h，再次研磨过筛，即得立方形貌CeO2，记为C
‑
CeO2。
[0020]对比例2八面体形貌CeO2催化剂的制备配制30ml 0.275mol/L的NaOH溶液和40ml 0.113mol/L的Ce(NO3)3溶液，在搅拌条件下，将NaOH溶液逐滴滴入Ce(NO3)3溶液中，继续搅拌30min，得到乳状悬浮液。之后将所得乳状悬浮液转移到水热反应釜中，经过180℃恒温水热24小时后降至室温，离心，用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀，以去除其他多余离子，再将沉淀置于60℃烘箱中烘干，研磨后于500℃空气中焙烧4h，再次研磨过筛，即得八面体形貌CeO2，记为O
‑
CeO2。
[0021]图1为实施例1及对比例1、2所得氧化铈催化剂的XRD谱图。从图中可以看出，不同类型CeO2均表现为立方萤石结构（JCPDS:34
‑
0394），并且在谱图中没有观察到到其他峰，说明制备的样品没有杂质，结晶度良好。
[0022]图2为实施例1所得多孔氧化铈纳米片的TEM图。从图中可以看出，所制备出的催化剂为多孔片状。经测定，其比表面积约为47 m2g
‑1，孔径约为5 nm。
[0023]图3为实施例1及对比例1、2所得氧化铈催化剂的DRS图。从图中可以看出，不同类型的CeO2的谱图相似，均在紫外可见光区域有吸收峰，表明紫外可见光可激发CeO2载体产生光生载流子。
[0024]实施例2催化剂的性能评价采用间歇式反应器进行CO2分解反应。将20 mg的催化剂分散在3 ml的水中，倒入反应器中，并在80℃下进行干燥。随后抽至真空并填入高纯二氧化碳（99.999%），放在加热板上，将热电偶插入反应器的底部，以检测催化剂的底部温度。将加热板的温度提高到规定的温度（100~200 ℃），之后，打开灯源（300W装有红外滤光片的Xe灯），进行光热反应。在规定的反应时间间隔用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔氧化铈纳米片的制备方法，其特征在于，利用葡萄糖和硝酸盐之间的剧烈氧化还原反应构建牺牲性碳模板，从而合成所述多孔氧化铈纳米片。2.根据权利要求1所述的多孔氧化铈纳米片的制备方法，其特征在于，其具体是将葡萄糖、硝酸铵、六水合硝酸铈溶解于水中，超声使其完全溶解后，转移至80℃烘箱中烘干，再放入马弗炉中经煅烧后退火至室温，所得粉末经研磨，得到所述多孔氧化铈纳米片。3.根据权利要求2所述的多孔氧化铈纳米片的制备方法，其特征在于，所用葡萄糖、硝酸铵、六水合硝酸铈的质量比为4:...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文新，郑多嘉，付贤智，陈旬，张子重，
申请(专利权)人：清源创新实验室，
类型：发明
国别省市：