[发明专利]一种CuO QDs/CoAl-LDHs复合材料光催化剂的制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种合成CuO QDs/CoAl‑LDHs异质结的制备方法和应用，得到了x％CuO/CoAl‑u的零维/二维(0D/2D)Z型异质结构复合材料，用于在紫外光下光催化还原二氧化碳研究。具体技术方案：通过相转移法得到CuO量子点(QDs)悬浮液，一步共沉淀法制备超薄的CoAl‑LDHs(CoAl‑u)；利用静电吸附作用将CuO QDs与CoAl‑u结合构成具有Z型异质结构的复合催化剂x％CuO/CoAl‑u，这种异质结构的形成，加快了电子传输速率，有效促进了电子空穴的分离，提高了光催化性能。本发明制备过程简单，催化剂稳定性高，利用氧化铜量子点取代贵金属光敏剂形成复合材料，将CO₂光催化还原为利用价值更高的有机燃料CH₃OH，为环境问题和能源短缺提供了解决方案，具有显著的经济效益和应用前景。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体地说涉及一种应用于光催化还原CO₂的复合催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

工业革命以来，伴随科技和人类生产力的飞速发展，各个国家工业化生产规模迅猛扩张，人类物质生活水平也得以极大提高。然而，这不仅为人类生产生活提供了难得的发展机遇和强劲动力，同时也带来了日益凸显的严峻挑战。二氧化碳(CO₂)是作为化石燃料燃烧的重要产物，也是占比最大的一种温室气体。统计显示，2018年全球由能源消费产生的CO₂达331亿吨，同比增长1.7％，是占比最大的温室气体(占总量的72％)。因此人们已经在CO₂的捕集、储存及转化方面做了大量工作。受植物光合作用的启发，人们通过人工模拟光催化还原CO₂转化为价值更高的碳基燃料已成功实现，并且成为当今世界的重要研究课题。

类水滑石化合物(LDHs)是一类重要的二维层状材料，由于其结构的多功能性，阳离子组分可调节性，可调整能带结构等特性，在CO₂光催化还原中具有很大的应用潜力。LDHs材料由超薄复合金属板层构成，为载流子的高效扩散和分离提供了有利的条件，并且其表面裸露着大量羟基基团，可以增加对CO₂的吸附和对水等溶剂的耐受性。由于这些独特的优点，各种LDH材料在CO₂光还原领域得到了广泛的研究，但由于单独的LDHs材料由于电荷分离效率不高等问题其光催化活性并不理想，因此一些对它的有效改性策略被应用于提高性能，如构建异质结，负载助催化剂等。

此外，量子点(QDs)半导体材料由于具有较强的光捕获能力和有效促进电荷传输能力被广泛研究。特别的是，CuO QDs由于其窄带隙和宽的光学响应范围而受到广泛关注。然而由于其固有的不稳定性和易团聚的性质，在光催化还原CO₂方面作为催化剂或助催化剂受到限制。因此，将CuO QDs分散于LDHs表面，通过静电力作用构建界面异质结，是提高二氧化碳转换效率的一种有效策略。

发明内容

本发明提供了一种新型光催化剂的制备方法和应用，该催化剂避免使用贵金属光敏剂，对光还原CO₂为CH₃OH具有较高的活性，在循环测试后保持良好的稳定性，且制备工艺简单，成本低，为新能源和新型催化剂的开发提供了新的研发思路。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

技术方案：

一、本发明提供了新型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用一步共沉淀法合成超薄钴铝类水滑石(CoAl-u)