[发明专利]一种促进CO2光催化还原性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于CO₂还原和固定领域，具体涉及一种促进CO₂光催化还原性能的方法。

背景技术

面对当今全球所面临的能源危机和环境污染的双重挑战，人们在积极探索CO₂减排技术的过程中发现光催化技术具有成本低、反应条件温和、环境友好和能耗小等优点。利用光催化技术，使CO₂转化为更具有价值的化工原料，如CO、CH₄、CH₃OH、HCHO和HCOOH等，不仅可以实现对CO₂的固定，在一定程度上缓解温室效应，还可以为人类提供重要的化工原料。因此，通过光催化技术实现对CO₂的转化是一个极具吸引性及挑战性的课题。相比于传统的CO₂还原技术（需高温高压）存在的问题，温和条件下即可进行的光催化还原CO₂技术有着潜在的应用价值和良好的开发前景，对于降低大气中CO₂的浓度和开发化石燃料的替代能源具有重要研究意义。

早在上世纪七十年代就有关于CO₂人工光催化转化的研究报道。随后，相关研究论文和总结评论持续增加。其中，关于CO₂直接人工光合成到CO、CH₄、CH₃OH、HCHO、HCOOH等有机化合物的研究报道最多。许多光催化剂被应用于这类人工光合成反应，并表现出一定的活性。一类是分子均相催化剂，如联吡啶钌，金属卟啉和其他一些过渡金属配合物等，它们能形成自由基并和CO₂结合生成有机物；另一类是固态金属半导体或复合半导体材料，如p-GaP, p-GaAs, p-InP, CdS, ZnS, TiO₂, ZnO, SiC, WO₃, SrTiO₃, Ag/Cu-TiO₂, Ru/RuO_x/TiO₂, Pt/TiO_2-xN_x, CdSe/Pt/TiO₂, NiO/InTaO₄等，它们则是通过半导体受到一定能量的光照所激发出的电子和带正电的空穴与反应体系中的受体结合，随后形成有机物。过渡金属络合物催化剂能在可见光下响应,具有较高的量子效率和选择性，但是它们的稳定性差，成本高，而且反应体系中无法使用水作为还原剂。对于金属氧化物半导体，虽能使用水作为还原剂，但是大部分半导体只能在紫外光下响应，光能利用率低，而且存在转化率低和选择性差的问题。另外，上述两种催化剂体系都包含了金属，特别是贵金属、稀有金属，高昂的使用成本不利于此类光催化剂的大规模生产应用，这大大制约了光催化技术的实用化发展。因此，开发廉价、稳定性好、可见光响应的高效光催化剂或助催化剂以应用于CO₂人工光合成体系是当今及未来工作的重点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供向CO₂光催化还原体系中引入金属有机框架材料（MOF）作为助催化剂的方法，解决传统的CO₂光催化还原体系稳定性差、产率低、收益小等问题。此融合了过渡金属离子对电子的传输性能以及有机基团对CO₂的捕获和活化性能的助剂材料，可高效地促进CO₂光催化还原反应的性能。该方法简单易行，助剂用量少，且反应条件温和，有利于在CO₂固定技术中推广应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

先通过溶剂热合成法制得该类金属有机框架助剂材料（含过渡金属钴、钛、铁、锌或锆等过渡金属有机框架材料），而后在80℃~180℃温度下对该材料进行真空表面处理，随后将其定量引入CO₂光催化还原体系中。

上述CO₂光催化还原体系为常压低温可见光驱动的间歇式反应装置。所述反应体系以联吡啶钌配合物[Ru(bpy)₃]Cl₂·6H₂O作为可见光光敏剂，三乙醇胺作为电子牺牲剂，乙腈或乙腈与水的混合溶液作为反应体系的溶剂。助催化剂MOF的用量为光敏剂质量的1% ~15%。体系的反应温度为10℃~ 60℃，反应时间为15min~60min。