【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备，涉及一种用以实现高效二氧化碳还原的光-热催化剂：硫化ti3c2(表示为s-ti3c2)的制备方法及其应用。
技术介绍
1、大气中二氧化碳含量的不断上升带来了全球性的环境问题，因此迫切需要制定可持续的co2减排方案。迄今为止，研究人员已经发展了多种技术能够将co2转化为碳氢化合物或高附加值化学品，主要包括热催化、生物催化、光电催化、电催化和光催化还原等。传统的热催化还原co2反应需要在高温(至少500℃)和高压(10bar)条件下进行。光催化co2还原过程模拟自然光合作用，利用太阳能和光催化剂将co2和h2o进行催化转化(亦称人工光合作用)，在常温、常压条件下便可实现太阳能燃料和高附加值化学品的生产，如co、ch4和c2h4。因此，光催化co2还原技术被认为是解决全球能源和环境问题的最有前途的方案之一。
2、近年来，光催化co2还原的相关研究日渐增多。光催化co2还原反应是一个复杂的多步过程。一般情况下，该反应过程主要涉及如下三个步骤：
3、①半导体光催化剂受到能量大于其禁带宽度(eg)的光激发；
4、②光生电子和光生空穴的分离；
5、③光生电子迁移到光催化剂表面与co2和h+发生反应并形成还原产物，光生空穴与h2o发生氧化反应产生o2。
6、然而，由于c＝o解离能(～750kj mol-1)所施加的光子激发的高能势垒，使得开发高效、经济低廉的光催化剂用以将可见到近红外(near infrared，nir)低频太阳能转化为co2光还原成为一项重大挑
7、光热转换(photo-to-thermal，ptt)是一个新兴的研究热点领域，它能够有效提高光催化co2还原体系的性能。当入射光照射到光催化剂时，一部分吸收的能量通过非辐射弛豫转化为热量，这提高了催化剂的温度和周围的反应环境，促进co2活化并提高反应速率。具有宽领域吸收光谱的材料，特别是黑色的材料，可以有效地捕获低频可见光到近红外光子的能量，通过ptt转换产生大量热量，从而提高催化反应活性和多碳产物选择性。
8、mxenes是一类独特的二维(2d)过渡金属碳化物、碳氮化物和氮化物，由于其优异的导电性、大的表面积和较强的光吸收特性，在光催化领域中具有广阔的应用前景。特别是ti3c2，具有灵活的表面可调性和活化能力，使其成为co2还原催化剂材料的绝佳候选材料。尽管研究人员更多关注的是ti3c2在复合催化剂中的应用，但鉴于其固有的活性ti位点和对co2分子的亲和力，将ti3c2作为独立催化剂材料的应用潜力值得进一步探索。此外，ti3c2由于其广泛的可见光到nir吸收而表现出非常优异的光热转换能力，但是性能有待进一步提高。
技术实现思路
1、本专利技术以co2转化体系为基础，结合光热催化技术，制备出能够实现高效二氧化碳还原的光-热催化剂。
2、本专利技术的技术方案指以多层ti3c2为基底材料，通过硫脲进行硫化，在其层间原位生成tis2，从而增加其催化剂内部co2还原的反应活性位点，并提高催化剂对近红外光的吸收能力进而充分发挥材料的光热转换特性，催化材料命名为：s-ti3c2。
3、一种可实现二氧化碳还原的光-热催化剂的制备方法，具体步骤如下：
4、(1)多层ti3c2的合成
5、首先，将一定量的ti3alc2缓慢加入到hf溶液中以避免过热，并在常温水浴下不断搅拌24～48小时，反应结束后，混合物用去离子水洗涤数次，离心，最后收集固体残余物，真空干燥，最终获得多层ti3c2。
6、步骤(1)中，ti3alc2和hf溶液的用量比为1g:20ml，其中，hf溶液的浓度为40wt％。
7、(2)s-ti3c2的合成
8、首先，将一定量的硫脲ch4n2s加入到一定量的乙醇中并在室温下搅拌直至固体完全溶解，所得溶液标记为溶液a；
9、随后，将一定量的多层ti3c2加入到乙醇和乙二醇的混合溶剂中，室温搅拌0.5～1小时，所得分散体系标记为溶液b；
10、然后，将a、b两种溶液混合，在室温下连续搅拌至少2小时，最后，将混合物转移到高温高压反应釜中，然后在烘箱中进行溶剂热反应，待反应结束冷却至室温，使用去离ch4n2s子水和乙醇洗涤数次，最后，将清洗后的沉淀物在真空干燥箱中进行烘干，从而获得s-ti3c2。
11、步骤(2)中，硫脲ch4n2s和多层ti3c2的用量比按照ti:s物质的量比从1:2～1:16计算。
12、乙醇和乙二醇的混合溶剂中，乙醇和乙二醇的体积比为9：1。
13、步骤(2)中，溶剂热反应的温度120-180℃，时间为12h。
14、将本专利技术制备的s-ti3c2用于光催化二氧化碳还原制备co、ch4和c2h4的用途。具体操作为：
15、将合成的催化剂s-ti3c2进行光催化二氧化碳还原测试光催化co2还原反应在密封的石英反应器中进行，以氙灯为光源。首先，将一定量催化剂分散在适量的去离子水中，超声分散20分钟，使粉末催化剂完全分散在水中，随后，将高纯co2气体(99.999％)引入反应器，维持充足的时间以完全除去体系中的空气。光照后所得气体产物通过配备氢火焰离子化检测器(fid)的气相色谱进行检测和分析。
16、进一步地，s-ti3c2在光催化二氧化碳还原中的产物分析测试：
17、(i)二氧化碳还原产物的选择性分析
18、每60分钟通过气相色谱法分析一次气体产物，高纯氮气(99.999％)用作载气。使用氢火焰离子化检测器(fid)定量co、ch4、c2h4和其他可能的碳氢化合物气体浓度。气体产物的产率(yield)根据以下公式计算：
19、
20、其中yieldi指的是气体产物i的产率，vi指的是气体产物的体积，mphotocatalyst和irradiation time分别是反应过程中加入的催化剂的质量以及反应时间。
21、由上述结果可以进行气体产物i的选择性(selectivity)计算，计算公式如下：
22、
23、其中，ni代表的是反应过程中生成气体产物i所需要转移的电子数。
24、(ii)二氧化碳还原产物的太阳能转化效率分析
25、用模拟太阳光(氙灯，a.m 1.5g)到碳燃料(light-to-carbon-fuels，ltf)的能量转换效率根据以下公式计算：
26、
27、其中，ratei指的是气体产生速率，由yieldi转化而得，指的是反应过程中气体产物i的吉布斯自由能变化，lunlight intensity和surface分别指的是氙灯的光照强度以及光照面积。本实验中，light intensity＝100mw cm-2,surface＝2cm2。
28、本专利技术的有益效果为：
29、(1)本专利技术使用水热法制备了一种用以实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可实现二氧化碳还原的光-热催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ti3AlC2和HF溶液的用量比为1g:20mL，其中，HF溶液的浓度为40wt％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌时间为24～48小时。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硫脲CH4N2S和多层Ti3C2的用量比按照Ti:S物质的量比从1:2～1:16计算。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，乙醇和乙二醇的混合溶剂中，乙醇和乙二醇的体积比为9：1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，溶剂热反应的温度120-180℃，时间为12h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，制备溶液B时，搅拌时间为0.5～1小时；A、B两种溶液混合时，搅拌时间至少为2小时。
8.将权利要求1～7任一项所述制备方法制得的光-热催化剂用于光催化二氧化碳还原制备CO
...【技术特征摘要】
1.一种可实现二氧化碳还原的光-热催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，ti3alc2和hf溶液的用量比为1g:20ml，其中，hf溶液的浓度为40wt％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌时间为24～48小时。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硫脲ch4n2s和多层ti3c2的用量比按照ti:s物质的量比从1:2～1:16计算。
5.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈雅会，林鑫雨，郝月，李皖贺，贾淑涵，霍鹏伟，李春香，闫永胜，闫研，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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