一种光催化剂及其制备方法技术

一种光催化剂及其制备方法，涉及一种光催化剂，尤其是涉及一种在可见光下光催化同时水分解制氢和二氧化碳还原催化剂及其制备方法。提供一种在太阳光下使二氧化碳光催化还原有机物同时又能水分解制氢的光催化剂及其制备方法。光催化剂为Ｎｉ／Ｌａ↓［２］Ｏ↓［２］ＣＯ↓［３］。分别配制硝酸镧溶液和硝酸镍溶液，采用常规络合法制备ＬａＮｉＯ↓［３］，即将硝酸镧溶液和硝酸镍溶液与柠檬酸混合，在红外灯辐照下形成凝胶，经预锻烧和焙烧，得到钙钛矿ＬａＮｉＯ↓［３］；将钙钛矿ＬａＮｉＯ↓［３］在固定床反应器中进行活化处理，得到Ｎｉ／Ｌａ↓［２］Ｏ↓［２］ＣＯ↓［３］。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化剂，尤其是涉及一种在可见光下光催化同时水分解制氢和二氧化 碳还原催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着经济的发展，石油等化石能源紧缺和二氧化碳温室气体超量排放已经成为当今世界 各国共同面对的两大能源环境问题。近年来光催化技术在解决能源和环境问题方面的研究取 得了较大进展，利用光催化水分解制氢是开发可再生清洁能源的重点研究领域之一。二氧化 碳光催化还原为有机物是二氧化碳转化利用的重要途径之一。中国专利ZL01127860.9介绍了 一种利用四价和三价钛复合氧化物为催化剂在紫外光辐照下进行二氧化碳光催化还原为甲酸 和甲醛的方法。美国专利USP 6,864,211介绍了利用氮化钽为催化剂在可见光下以甲醇为牺牲 剂进行光催化水分解制氢。这些专利文献报道的光催化水分解制氢一般在有牺牲剂存在下， 氢产率较高，而纯水分解水制氢产率较低甚至水分解过程无法进行。这是由于无牺牲剂存在 下，光催化产生的光生电子与光生空穴极易发生复合而使光催化效率下降。而只有牺牲剂存 在下，光生空穴被牺牲剂快速消耗，才使制氢过程得以顺利进行。对于水分解制氢来说，牺 牲齐U力口入会使制氢成本上升。Natarajan Sasirekha等(Natarajan Sasirekha et al Applied Catalysis B: Environmental 62 (2006) 169-180)采用产生主波长365nm紫外线的1000W高压汞灯为光 源，以Ru-Ti02/Si02为光催化剂对二氧化碳水溶液进行光催化还原，以2-丙醇为空穴牺牲剂， 每g催化剂每h仅得到微摩尔级的甲酸、甲醛和氢气。总之，额外添加牺牲剂和需紫外光光源辐照是影响光催化水分解制氢和二氧化碳光催化 还原为有机物在实际中应用的两个主要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述影响光催化水分解制氢和二氧化碳光催化还原为有机物存在 的问题，提供一种在太阳光(可见光)下使二氧化碳光催化还原有机物(甲酸、甲醛)同时 又能水分解制氢的光催化剂及其制备方法。本专利技术的技术方案是在含有二氧化碳和氢气氛下对钙钛矿型LaNi03进行活化处理得到 Ni/La202C03催化剂。本专利技术所述的光催化剂为Ni/La202C03。光催化剂Ni/La202C03可以在太阳光(可见光)下将二氧化碳还原得到甲酸、甲醛与水分解制氢两个反应同时进行；在模拟太阳光的氤灯光源辐照下，可以使二氧化碳光催化还原和光催化水分解制氢在含有二氧化碳水溶液体系中同 时进行。本专利技术所述的光催化剂的制备方法包括以下步骤1) 分别配制硝酸镧溶液和硝酸镍溶液，采用常规络合法制备LaNi03，即将硝酸镧溶液 和硝酸镍溶液与柠檬酸混合，在红外灯辐照下形成凝胶，经预锻烧和焙烧，得到钙钛矿 LaNi03;2) 将钙钛矿LaNK)3在固定床反应器中进行活化处理，得到Ni/La202C03。 按摩尔比，硝酸镧溶液和硝酸镍溶液的浓度最好均为0.2 0.5mol/L，按摩尔比，最好La :Ni :柠檬酸-1 : 1 : (0.6 2.0)。预锻烧的温度最好为350 400°C，焙烧的温度最好为700 850 。C。将钙钛矿LaNi03在固定床反应器中进行活化处理的活化条件最好为活化压力为常压 2.0MPa，活化温度为500 700°C;按摩尔比，活化气体为C02 : H2=l : (3 6)，活化体积 空速为2100 3000h"，活化时间为3 6h。所制备Ni/La202C03光催化剂可通过二氧化碳水溶液光催化实验，以测定其光催化活性。本专利技术所述的光催化剂可以在太阳光(可见光)下将二氧化碳还原得到甲酸、甲醛与水 分解制氢两个反应同时进行。这样既可以使二氧化碳得到还原为有机物(甲酸、甲醛)又可 以使水分解制氢得以在不用额外添加牺牲剂情况下，使产氢率得到大幅提高。本专利技术所述的光催化剂在模拟太阳光的氙灯光源辐照下，可以使二氧化碳光催化还原和 光催化水分解制氢在含有二氧化碳水溶液体系中同时进行。附图说明图1为钙钛矿LaNiCb活化前后的XRD图。在图1中，横坐标为29，曲线a为LaNi03 活化前物相；曲线b为LaNi03活化后物相；麗LaNi03， o La202C03， *Ni。图2为Ni/La202C03紫外可见漫反射谱图。在图2中，横坐标为波长wavelength/nm，纵 坐标为吸光度Abs。具体实施例方式实施例l:分别配制浓度为0.5mol/L硝酸镧溶液和硝酸钴溶液，按摩尔比，La:Co:柠檬酸=1: i : 0.6，将硝酸镧溶液和硝酸钴溶液与柠檬酸混合，在红外灯辐照下形成凝胶，经400°C， 2h预锻烧，800'C焙烧4h，得到钙钛矿LaNi03。 LaNi03活化处理在小型固定床反应 器中进行，常压下，活化温度60(TC，按摩尔比，活化气体为C02:H2-1:3，活化体积空2100 h—1，活化时间3h，得到Ni/La202C03。钙钛矿LaNi03活化前后的XRD图参见图1， Ni/La202C03紫外可见漫反射谱图参见图2。将0.1gNi/La2O2CO3催化剂和100ml去离子水放入反应器，反应在磁力搅拌下进行，反应 前连续通入100ml/minCO2， 20min，用125W氤灯模拟太阳光辐照进行光催化反应，氢气产 率和二氧化碳还原为甲酸和甲醛的产率见表1 (125W氙灯辐照下Ni/La202C03光催化还原二氧 化碳水溶液的活性数据)。表1 mmol/g.cat.h<table>table see original document page 5</column></row><table>实施例2:分别配制硝酸镧和硝酸镍浓度为0.2mol/L溶液，按摩尔比，La:Ni:柠檬酸=1:1: 2，将硝酸镧溶液和硝酸镍溶液与柠檬酸混合，在红外灯辐照下形成凝胶，经38(TC，2h预锻烧，75(TC焙烧4h，得到钙钛矿LaNi03， LaNi03在小型固定床反应器中进行活化，活化压力2MPa，活化温度500°C，按摩尔比，活化气体为C02 : H2=l : 4，活化体积空速3000h"，活化时间6h，得到Ni/La202C03光催化活性评价，取0.3g光催化剂放入反应器中，反应前连续通入40ml/min C02， 60min，其余同实施例l。氢气产率和二氧化碳还原为甲酸、甲醛的产率见表l。实施例3:分别配制硝酸镧和硝酸镍浓度为0.4mol/L溶液，按摩尔比，La : Ni :柠檬酸=1: l : 1.2，取一定量的硝酸镧溶液和硝酸镍溶液与柠檬酸混合，在红外灯辐照下形成凝胶，经40(TC,2h预锻烧，750'C焙烧4h，得到钙钛矿LaNi03， LaNi03在小型固定床反应器中进行 活化,活化压力为lMPa，活化温度为70(TC，按摩尔比，活化气体为C02:Hfl :5，活化时 空速250011-1，活化时间4h，得到Ni/La202C03光催化活性评价，取0.2g光催化剂放入反应器中，反应前连续通入80ml/min C02， 30min， 其余同实施例l。氢气产率和二氧化碳还原为甲酸、甲醛的产率见表l。实施例4:分别配制硝酸镧和硝酸镍浓度为0.3mol/L溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化剂，其特征在于为Ｎｉ／Ｌａ↓［２］Ｏ↓［２］ＣＯ↓［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾立山，张鹏，李清彪，高敬，方维平，李娟娟，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]