[发明专利]碱金属过氧化物用于气相二氧化碳光还原的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用碱金属过氧化物X₂O₂(X＝Li,Na,K,Rb,Cs)进行气相二氧化碳光还原为一氧化碳的技术，属于太阳能化学转换技术领域。

背景技术

随着社会的进步和工业的发展，传统化石能源消耗量与日俱增，利用太阳光把水和温室气体二氧化碳转化为可再生碳氢化合物能源的“人工光合成”技术，是人类梦寐以求的应对能源短缺和环境污染这两个制约经济社会可持续发展的突出问题的绿色化学技术之一，近年来受到科学界和工业界越来越广泛的关注。然而，太阳光转换效率过低一直是制约“人工光合成”的发展和利用的瓶颈。众所周知，在有H₂O参与的半导体人工光合成反应中，光催化剂对CO₂的催化氢化和对H₂O的催化氧化起到非常重要的作用。主要由于受制于半导体材料自身的能带结构，迄今开发的大多数光催化剂及各其复合材料通常比较容易实现出氢反应却较难实现氧化水出氧的反应。因此，在以H₂O作为氢供体的大多数CO₂还原转化反应的活性较低，而且CO₂的还原产物只能在较短时间内维持增长的趋势。在某种程度上，H₂O的催化氧化已经成为CO₂光还原研究中一个颇具挑战性的问题。另一方面，随CO₂还原转化反应的进行，由于H₂O氧化导致的催化剂表面的氧积累会阻隔CO₂分子在催化剂表面的吸附和活化从而导致CO₂还原效率下降，这是另一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种利用强氧化性的碱金属过氧化物X₂O₂(X＝Li,Na,K,Rb,Cs)在光照射下进行CO₂光还原的技术。碱金属过氧化物本质上属于半导体材料(例如，图1所示为Na₂O₂的紫外可见吸收曲线，Na₂O₂的紫外可见吸收曲线(UV-2700，日本岛津)，在紫外光照射下产生的光生电子可直接用于CO₂还原；碱金属过氧化物具有独特的物理化学性质：具有强氧化性，可以通过氧化水而促进出氧反应的进行；富氧结构对CO₂分子有较强的化学吸附和活化特性，对于CO₂的还原转化过程十分重要。因此，碱金属过氧化物可以用于在H₂O参与的条件下进行CO₂光还原。本技术发明的优势在于所用光还原材料简单易得，仅通过控制简单的反应条件即可以实现还原反应的持续进行，这是优于目前大多数CO₂光还原反应体系的重要特征。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种碱金属过氧化物用于气相二氧化碳光还原的方法，是利用碱金属过氧化物X₂O₂进行气相二氧化碳的还原转化，所述碱金属过氧化物X₂O₂中，X为Li,Na,K,Rb和Cs中的一种；得到还原产物一氧化碳；通过调节还原反应中的用水量控制二氧化碳还原为一氧化碳反应的持续时间，以使还原产物一氧化碳呈线性增长。

进一步讲，上述还原反应中水与碱金属过氧化物的摩尔比为2.1:1～0.67:1，优选为1:1；反应时间为5～8h，优选为7h。

所述碱金属过氧化物为Na₂O₂，利用该碱金属过氧化物Na₂O₂在紫外光照射和水的参与条件下将CO₂还原为CO，步骤如下：

步骤一、将购买的商用Na₂O₂研磨成粒径30微米粉末后装入棕色容器中密封保存备用；

步骤二、取石英滤纸平铺在反应器中部的反应槽中，称取一定量的Na₂O₂粉末均匀平铺在反应槽中的石英滤纸上，将反应器连接至反应循环系统，对反应系统进行抽真空处理；

步骤三、向真空反应体系中通入20千帕的CO₂气体，开启气体循环系统，并向反应系统中注入去离子水；去离子水与Na₂O₂的摩尔比为1:1，反应时间为7h。