[发明专利]富含氧空位的长余辉光催化材料在全天候光催化CO2

说明书

本发明公开富含氧空位的长余辉光催化材料在全天候光催化CO₂还原上的应用。对Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺材料均匀平铺在瓷舟内，然后将瓷舟放入管式炉刚玉管中，向刚瓷玉管中通入还原气体，中高温条件下保温一定时间，待其冷却至室温。本发明中富含氧空位的Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺在光照条件下，无需任何牺牲剂或助催化剂，可直接实现高效、稳定CO₂还原反应，同时未被消耗的光生电子可以传输到氧空位缺陷位点，得以暂时储存，从而抑制了其与空穴的复合。并且，在光照结束后，这些储存在氧空位缺陷位点中的电子在热扰动条件下可以缓慢释放，使该材料在无外界光源照射下仍能发挥CO₂催化还原的作用。

技术领域

本发明属于无机非金属能量转换材料中光催化材料领域，具体涉及富含氧空位的Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉光催化材料在全天候光催化CO₂还原上的应用。

背景技术

能源是人类社会发展的物质基础。太阳作为清洁能源不仅能量巨大且应用广泛。利用人工光合成技术，在太阳能的驱动下，将CO₂转化成CH₄、CO等高附加值的化学品，已被广泛认为是解决气候变化问题和全球能源需求问题的理想途径之一。然而，现有的光催化材料通常具有较低的CO₂转化产率，还原产物选择性差，远不能满足实际需要。此外，光催化反应强烈依赖于太阳光驱动，这大大限制了光催化技术的大规模持续应用，尤其是在黑暗环境下，例如阴雨天、冬季地球南北两极地区、夜晚等。因此，设计和开发高效、低成本且在黑暗条件下仍能持续进行催化反应的光催化材料其前景可观但充满挑战。

长余辉材料也叫蓄光材料，是一种光照之后能够储存、缓释光能的材料。利用长余辉材料作为光催化剂，在光照时有效吸收光子并驱动催化反应，同时将多余的光生电荷捕获并储存在陷阱中。在暗态下，利用其余辉效应将捕集的电荷逐渐释放到催化剂表面，理论上可以延长光催化的反应时间，甚至实现全天候光催化反应。由此可见，开发长余辉光催化材料在光催化方面具有前所未有的优势。基于此，各种长余辉材料已被用作光催化剂，包括铝酸盐材料(如CaAl₂O₄:(Eu,Nd)等)、硅酸盐材料(Sr₂MgSi₂O₇等)等。其中，以Sr₂MgSi₂O₇为代表的硅酸盐材料具有耐水性强、化学稳定性好、余辉时间长等优点，被认为是一类极具潜力的长余辉材料。特别是Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉材料，由于其晶体内部拥有丰富的缺陷，往往可以作为高活性催化反应位点直接参与催化反应，使得此类余辉材料同时还是一种极具潜力的无机半导体光催化剂。因此，开发高效 Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺长余辉光催化材料，对推动光催化技术规模化应用具有重要的科学意义。