[发明专利]一种高效光热协同催化剂Ni/CeNiO3

说明书

一种太阳光驱动的高效光热协同催化剂Ni/CeNiOsubgt;3/subgt;的制备及其应用,该方法包括：取适量符合CeNiOsubgt;3/subgt;中镍和铈原子化学计量比的两种盐溶于去离子水中，然后将含无水柠檬酸和乙二醇的混合液滴加到上述的金属前驱体溶液中，搅拌，并置于鼓风烘箱中加热至水分完全蒸干；充分研磨后将所得样品置于马弗炉400±20℃下，预处理2±0.5小时；以溶胶‑凝胶法合成CeNiOsubgt;3/subgt;，然后通过浸渍的方法将Ni(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;负载到CeNiOsubgt;3/subgt;表面，最后通过氢气还原处理得到高效光热协同催化剂Ni/CeNiOsubgt;3/subgt;。该催化剂制备简单，可重复性高，且适用于大规模生产。这类复合催化剂能够将光催化和光热催化进行有效地结合。

技术领域

本发明属于纳米技术领域和光热催化领域，具体涉及一种太阳光驱动的高效光热协同催化剂Ni/CeNiO₃以及制备方法和应用。

背景技术

当前世界能源消耗的80％仍来自于以石油、煤、天然气等为主的化石能源。随着人类社会活动的增加，不仅加快了对化石能源的消耗，还造成大气中以CO₂为主的温室气体排放量的增加，严重破坏了自然界的碳循环，导致全球气候变暖。亟待探索可再生能源多元化转化技术，而CO₂甲烷化反应，能够将H₂与CO₂转化为具有高附加值的化学品，这有望解决以CO₂气体为主的温室效应导致的全球气候变暖和严重破坏的碳循环过程，是实现环境净化和全球碳平衡的理想途径之一。然而，CO₂作为热力学上非常稳定的化合物，具有十分稳定的成键结构，其C＝O键解离能高于750kJ mol^-1，受限于CO₂分子的热力学稳定性好、化学惰性强的属性，传统热催化CO₂甲烷化反应是通过高温高压的方式提供能量达到反应所需的活化能，需要300-500℃的高温，导致大规模生产甲烷需要额外消耗大量化石能源，与可持续发展的理念相违背。而太阳能因为其取之不尽，用之不竭，被认为是理想的能源之一，受自然界植物光合作用的启发，太阳光驱动的CO₂甲烷化反应直接使用太阳光驱动其进行反应，在温和条件下实现CO₂的高效利用合成高附加值产物具有重要的研究意义和工业应用价值，是实现环境净化和全球碳平衡的理想途径之一。

太阳光驱动的CO₂甲烷化反应得到了广泛关注，未来将成为重要的“碳中和”技术之一。因此，发展新的CO₂甲烷化策略，寻求新的CO₂活化机制对提高CO₂的转化率和选择性至关重要。不同于单一的光催化和热催化技术，光热耦合的协同催化能够同时利用光能和热能实现太阳光的全谱利用，进而将光催化和热催化有效的结合起来，达到协同增强的效果。但是，目前光热协同CO₂甲烷化的技术仍然不够成熟。已报道很多文献中光强高达2.0kW m^-2，甚至需要外加热源和增加压力，与充分利用自然界的太阳光和节能减排的初衷相违背。此外，目前已报到的文献中光驱动的CO₂甲烷化反应中涉及一些贵金属如Ru、Rh、Pd等贵金属的使用，进一步增加了实际应用成本。因此，探索和开发新型太阳光驱动的高效光热催化CO₂甲烷化材料仍是当今研究的主要方向。

发明内容

本发明目的在于提出一种太阳光驱动的高效光热协同催化剂Ni/CeNiO₃，旨在通过简单的溶胶-凝胶法合成钙钛矿型CeNiO₃载体，然后借助浸渍的方法在CeNiO₃载体修饰金属镍进一步提高太阳光响应、CO₂的转化率和CH₄的选择性。