[发明专利]用于产生长链烃分子的等离激元纳米颗粒催化剂和方法

说明书

一种通过光辐射产生烃分子的等离激元纳米颗粒催化剂，其包含至少一种等离激元供体和至少一种催化特性供体，其中等离激元供体和催化特性供体可相互接触或距离小于200nm，并且由光辐射产生的烃分子的分子组成是温度依赖性的。以及一种利用等离激元纳米颗粒催化剂通过光辐射产生烃分子的方法。

技术领域

本发明总体涉及二氧化碳封存和可再生能源。更具体地，本发明总体涉及用于产生长链烃分子的等离激元纳米颗粒催化剂和方法。

背景技术

在过去几十年中，人们对将太阳能转化为更为有用的能源的兴趣越来越大。一些技术在这一领域显示出巨大的希望，然而距离商业化还有很长路的要走。迄今为止大多数的努力仅仅是成功产生了短链(C1-C2)烃或碳水化合物，且太阳能转化学能效率比自然光合作用低1或2个数量级，其中自然光合的效率通常为1至7％。

发明内容

本文中，本发明阐明了一种新型人工光合成技术，其提供了一种利用来自工业烟气或大气中的CO或CO₂产生长链烃分子的独特催化剂和方法。

本发明的一方面是通过光辐射产生烃分子的等离激元纳米颗粒催化剂，其包含至少一种等离激元供体和至少一种催化特性供体，其中等离激元供体和催化特性供体相互接触或距离小于200nm，并且通过光辐射产生的烃分子的分子组成是温度依赖性的。

在某些实施例中，在一个纳米颗粒中提供了等离激元纳米颗粒催化剂的所述至少一种等离激元供体和所述至少一种催化特性供体，并且所述纳米颗粒包含一种作为等离激元供体和催化特性供体的化学元素，或包含两种以上各自作为等离激元供体或是催化特性供体的化学元素的合金。

在优选实施例中，等离激元纳米颗粒催化剂的等离激元供体选自Co、Fe、Al、Ag、Au、Pt、Cu、Ni、Zn、Ti、C和其两种或以上化学元素的合金。

在优选实施例中，等离激元纳米颗粒催化剂的催化特性供体选自Co、Fe、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、La、Ce、Cu、Ni、Ti、C以及其氧化物、氯化物、碳酸盐和碳酸氢盐。

在某些实施例中，等离激元纳米颗粒的尺寸是长、宽、高约1nm至约1000nm；等离激元纳米颗粒催化剂的形状是球形、柱形、多面体、三维锥体、立方形、片状、半球形、不规则三维形状、多孔结构或其任意组合。

在优选实施例中，等离激元纳米颗粒催化剂在约20℃至约800℃之间的温度下的太阳能转化学能效率大于10％。

本发明另一方面是一种通过光辐射产生烃分子的方法，包含下面步骤：

使一种等离激元纳米颗粒催化剂与至少一种含碳源和至少一种含氢源相接触；以及

光辐射所述等离激元纳米颗粒催化剂、所述含碳源和所述含氢源，以产生烃分子。

上述方面的等离激元纳米颗粒催化剂可被利用于该种方法。

在某些实施例中，光辐射步骤在约20℃至约800℃、约30℃至约300℃、约50℃至约250℃、约70℃至约200℃、约80℃至约180℃、约100℃至约150℃、约110℃至约130℃等之间的温度下进行。在上述温度时太阳能转化学能效率大于10％。

在特定实施例中，光辐射在约20℃至约200℃之间的温度下进行，并且光辐射产生的烃分子主要组成是直链饱和烃。

在特定实施例中，光辐射在约200℃至约300℃之间的温度下进行，并且光辐射产生的烃分子主要组成是芳香烃。

在特定实施例中，光辐射在约300℃至约800℃之间的温度下进行，并且光辐射产生的烃分子主要组成是不饱和支链烃。

在某些实施例中，光辐射提高了等离激元纳米颗粒催化剂、含碳源和含氢源的温度。在某些实施例中，等离激元纳米颗粒催化剂、含碳源和含氢源的温度仅由光辐射提高。