[发明专利]一种光催化太阳燃料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源制备领域，特别是涉及一种太阳能驱动的光催化太阳燃料的合成方法。 

背景技术

传统的化石能源是在特殊的地质条件下，经历过上亿年缓慢形成，因而不具有可再生性，即传统化石能源的储量有限。随着现代文明进程的加快，人类对能源的需求日益提升，迫切寻找可再生的新能源作为未来能源。此外，传统化石能源的消耗，也带来了巨大的环境问题，比如增加了大气中的CO₂浓度，导致了温室效应。传统化石能源的提炼过程会释放出具有毒性的H₂S工业废气，会导致环境污染。目前，应对CO₂所带来的温室效应问题，普遍采用的手段是CO₂捕获封存的方法，该方法在实施过程中需要额外消耗辅助能量。同样，H₂S的回收与转化，多采用化学法或者热分解法，也需要额外的能量消耗。也就是说，现有的技术均是耗能技术，因而需要开发无需额外能量消耗的转化CO₂和H₂S为化学燃料的新技术。 

光催化技术是利用半导体材料在太阳光辐照下产生电子-空穴对儿，光生空穴具有氧化性，可将H₂S氧化为具有强还原能力的质子。光生电子具有还原性，在强还原性质子存在的情况下，可将CO₂还原为化学燃料。通常，人们称太阳能转化而来的化学燃料为太阳燃料。可见，光催化技术可实现太阳能转化为化学燃料，这一过程仅利用太阳能，无需额外的辅助能量，因而是一种有潜在应用的高效能源转化技术。 

发明内容

本发明目的是，解决上述技术问题，提供一种高效太阳能的转化与利用方法，旨在利用太阳能驱动的光催化技术转化二氧化碳和二氧化硫为太阳燃料。 

为解决上述技术问题，本发明技术方案是：一种太阳能驱动的光催化转化CO₂+H₂S为太阳燃料的方法，以H₂S作为还原剂，光催化还原转化CO₂，反应势垒低，反应动力学有利，可具有更高的转化效率。同时转化CO₂和H₂S两种工业废气，简化工业废气处理工艺，且可产生能源加以利用。 

本发明提供了太阳能驱动的光催化气相反应转化CO₂+H₂S为太阳燃料的方法，包括： 

选择的光催化材料的能带范围为Eg＞0.5eV，且导带位置大于-0.24eV的半导体光催化材料，将粉末光催化材料均匀分散于透明容器（如玻璃底板），并置于反应装置内； 

将按照一定比例混合的CO₂+H₂S气体通入反应器内或溶于水或离子液体中，混合摩尔比例为H₂S∶CO₂=x∶(1-x)(0.01＜x＜1)； 

在光辐照下，催化转化反应发生，太阳燃料生成。 

本发明还提供了太阳能驱动的光催化液相反应转化CO₂+H₂S为太阳燃料的方法，包括： 

将气态的CO₂和H₂S溶于水或离子液体中； 

选择的光催化材料的能带范围为Eg＞0.5eV，且导带位置大于-0.24eV的半导体光催化材料，将粉末光催化材料均匀分散在溶液中； 

光源辐照混合溶液，光催化反应发生，太阳燃料生成。 

本发明方法是在光辐照下，催化转化反应发生，太阳燃料生成。与光催化CO₂+H₂O转化CO₂相比，H₂S+CO₂具有更低的氧化电位，因而可选择的光催化材料范围大大扩展，且H₂S+CO₂反应中，H₂S的氧化具有动力学容易的优势，可以具有更高的反应速率，大大提高太阳燃料的产率。 

H₂S+CO₂反应主要产物为碳氢化合物（如甲烷，乙烷，乙烯等）。 

液相反应制备太阳燃料的方法，所述H₂S+CO₂反应主要产物为碳氢氧化合物（如甲醇、甲酸、乙酸、乙醇等）。