[发明专利]无机半导体光催化体系转化二氧化碳及有机物的方法

说明书

本发明公开了一种无机半导体光催化体系转化二氧化碳及有机物的方法；所述无机半导体光催化体系包括无机半导体纳晶光催化剂、溶剂、二氧化碳、有机物、以及光照；其中所述无机半导体纳晶光催化剂包括有IIB‑VIA、IIIA‑VA、IB‑IIIA‑VIA元素和钙钛矿型量子点；所述有机物为醇类有机物或胺类有机物；所述无机半导体光催化体系转化二氧化碳及有机物的方法包括：将无机半导体纳晶光催化剂和水混合得无机半导体光催化剂溶液，将无机半导体光催化剂溶液和醇混合得混合液A，混合液A经沉淀、离心得沉淀物，将沉淀物和溶剂混合得混合液B，将混合液B和有机物混合得反应液，密封后通入二氧化碳气体，光源照射发生反应。本发明的无机半导体光催化体系在光照条件下同时实现二氧化碳及有机物的转化。

技术领域

本发明涉及光催化二氧化碳还原技术领域。更具体地，涉及一种无机半导体光催化体系转化二氧化碳及有机物的方法。

背景技术

化石燃料的燃烧不仅引起了能源短缺，同时使得大气中温室气体二氧化碳不断积累，这就极大地限制了人类社会的发展。将二氧化碳转化成其他的含碳产物是一个减少大气中二氧化碳含量的有效途径，同时基于这些含碳产物较高的热值缓解了能源危机。因此，二氧化碳还原已引起人们的广泛关注。

目前，二氧化碳光还原反应根据催化剂的不同大致可分为两类，一类是基于过渡金属配合物光催化剂，另一类是基于无机半导体光催化剂。由于大多数金属配合物不具备光响应，因此这类体系中一般需要加入高能量的光敏剂诱导反应的发生，而且这类催化剂制备复杂、活性低等特点，目前只停留在机理研究阶段，将其进一步应用还很困难。

然而，相比之下，无机半导体由于制备简单、具备良好的光响应、活性较高等特点，已被广泛用于光催化二氧化碳还原领域，例如TiO₂[Nature,1979,277,637]，ZnS[NanoEnrgy,2017,34,524]，CdS等。此外，越来越多的新材料被开发用于二氧化碳还原反应，例如CsPbBr₃钙钛矿量子点[J.Am.Chem.Soc.2017,139,5660]。然而几乎所有的二氧化碳还原体系中，都引入了毫无价值的电子牺牲体，才使得催化循环得以运转，违背了化学经济性的原则。

为了解决上述问题，最有前途的方法之一就是引入生物质，实现具有附加值的化工产品的生成。例如，杨培东组在2016年报道了利用CdS纳晶敏化生物细菌，光催化二氧化碳及半胱氨酸的转化。然而，该体系采用的是无机半导体纳晶敏化生物细菌作为光催化剂。

因此，需要提供一种无机半导体光催化体系及其转化二氧化碳及有机物的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种无机半导体光催化体系。

本发明的另一个目的在于提供一种无机半导体光催化体系转化二氧化碳及有机物的方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种无机半导体光催化体系，包括无机半导体纳晶光催化剂、溶剂、二氧化碳、有机物、以及光照；其中所述无机半导体纳晶光催化剂包括有IIB-VIA、IIIA-VA、IB-IIIA-VIA元素和钙钛矿型量子点；所述有机物为醇类有机物或胺类有机物。本发明的无机半导体光催化体系能够在可见光照下，将二氧化碳转化为一氧化碳、甲烷、甲酸等中的一种，同时将有机物转化为含有附加值的化工产品。在目前的文献报道中，实现二氧化碳的转化都要加入电子牺牲体或水。而电子牺牲体的加入实际上只完成了半反应，电子牺牲体的转化对于整个反应体系而言是多余的，因此这种方法不利于大规模应用。水的加入虽然实现了二氧化碳转化，但氧气作为水的氧化产物没有任何工业价值。而有机物的加入不仅实现了二氧化碳转化缓解了能源危机，同时生成的有机氧化产物为具有工业价值的化工产品。

优选地，所述醇类有机物的结构式如下式I所示：