[发明专利]一种高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂及其制备方法与应用。本发明的光热催化剂的化学组成表达式为LaMn_0.5N_0.5O_3‑δ，其中N为Co，Cu，Fe或Ni。本发明利用溶胶凝胶法进行制备，该方法能获得颗粒细，纯度高，催化活性好的纳米粉体，所得的光热催化剂的比表面积在10.72～18.40m²/g。本发明的光热催化剂应用于150～350℃可见光条件下的光热催化还原二氧化碳体系中，CO₂可被高效的催化还原成10～100μmol的甲烷和1～80μmol的甲醇，并且具有60‑99％的产物选择性，验证了本发明制备的光热催化剂具有较高的光热还原效率和选择性。

技术领域

本发明涉及一种高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂及其制备方法和应用，属于光催化还原技术领域。

背景技术

目前，使用化石燃料在燃烧过程中会向大气中排放大量的二氧化碳，二氧化碳做为温室气体的主要来源，使得全球气温持续升高，大量的二氧化碳排放到大气中会导致海平面上升，进而导致沿海洪灾。因此，将CO₂转化为其他有用的化学物质，在生态和经济上都是有益的。在通常的方法中，光催化是首选，因为光催化仅需要太阳辐射作为能源，并且已被证明在各种应用中有效，在光催化剂的作用下将CO₂进行转化，这不仅解决了CO₂在大气中浓度过高的问题，而且可以得到更有意义的清洁能源。光催化剂材料的选择至关重要，氧化钛(TiO₂)等金属氧化物以其优异的稳定性及电荷转移潜力性好的属性而被广泛应用。但是，这些光催化剂都属于宽带隙的氧化物，电子与空穴复合较快，来不及与表面的反应物发生反应，催化效率低不利于催化活性。

随着光催化技术的研究深入，通式为ABO₃的钙钛矿型光催化剂由于具有较高的晶格畸变，较窄的带隙，电荷载流子的分离效果更好等特点引起了人们的广泛关注。但是钙钛矿氧化物型的光催化剂对产物的选择性并不是很高，从催化活性的角度考虑，A位离子的作用本质上不直接参与反应，起稳定结构的作用，B位是催化活性中心，所以合理的选择B位元素有利于提高光热催化活性，并可以增加催化选择性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：如何提高光热催化剂的催化效率和选择性等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂，其化学组成表达式为LaMn_0.5N_0.5O_3-δ，其中N为Co，Cu，Fe和Ni中的任意一种元素。

本发明还提供了上述的高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按2：1：1的摩尔比将La(NO₃)₃·6H₂O、Mn(NO₃)₃·4H₂O与N的硝酸盐溶于去离子水中；

步骤2：加入柠檬酸一水合物，加热搅拌至凝胶状；

步骤3：经烘箱烘干后，取出用研磨成粉状；

步骤4：放入马弗炉中空气气氛下煅烧并保温后取出研磨成粉，即得高活性、可选择性的钙钛矿型光热催化剂。

优选地，所述步骤1中的硝酸盐为硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁和硝酸铜中的一种或其水合物。

优选地，所述步骤2中柠檬酸一水合物加入的摩尔量为硝酸盐的1.2倍。

优选地，所述步骤2中加热搅拌的温度为60～120℃，时间为2～8h。

优选地，所述步骤4中煅烧的温度为500～1000℃，保温时间为6～10h，所述煅烧的过程中的升温速率为5～10℃/min。