[发明专利]一种人工光合作用系统及其应用

说明书

本发明公开了一种人工光合作用系统及其应用。所述人工光合作用系统包括人工酶载体、光捕获剂以及人工酶，所述人工酶包括由金属离子与所述人工酶载体中的三聚氰胺分子中的两个以上氮原子形成的配位化合物，所述人工光合作用系统包含0.5～6wt％三聚氰胺。本发明的光合系统以三聚氰胺为光敏剂和人工酶载体，以金属离子与氮原子之间形成的配位化合物为人工酶，增加了光催化还原产物对甲醇选择性。本发明的人工光作用合系统提出了半导体材料二氧化铈偶合金属络合物作为人工酶构建人工光合系统的理论模型，从而拓宽了半导体材料CeO₂和三聚氰胺在光催化领域的应用，本发明的光催化剂制备过程简单，原料价廉易得。

技术领域

本发明涉及一种人工光合作用系统的构建及应用，属于光催化技术领域。

背景技术

太阳能是绿色能源，对环境无造成污染，在常温、常压下，于水溶液中将CO₂光催化还原为HCOOH、CH₃OH等有机物，开拓了利用太阳能利用的新途径。TiO₂光催化还原CO₂的还原产物没有选择性，一般为一氧化碳、甲烷等几种化合物的混合物，其产率低，并且TiO₂不能有效地利用太阳能中的可见光。尤其是气体物质既不便于储存，也不便于应用。因此，将二氧化碳光催化还原为常温常压下呈液态的燃料分子具有更加实际的应用价值。

氧化铈是一种轻稀土半导体材料，其能带在2.64-3.00eV范围内可以人工调控。此外，近年来兴起的石墨烯也是一种半导体材料，其带隙为零。通过氧化石墨烯与氧化铈掺杂可以调控氧化铈的能带结构，增加对可见光的响应，提高对太阳能的利用率，但现有技术中将二氧化碳光催化还原为甲醇的选择性低，且光催化产物复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种人工光合作用系统及其应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

在一些实施例中提供了一种人工光合作用系统包括：

人工酶载体，包括用作光敏剂的三聚氰胺，

光捕获剂，包括氧化铈，

以及，人工酶，包括由金属离子与所述人工酶载体中的三聚氰胺分子中的两个以上氮原子形成的配位化合物。

在一些实施例中提供了一种制备上述的人工光合作用系统的方法包括：将可溶性铈盐和碱液混合搅拌至沉淀为亮黄色，之后与pH值大于10的三聚氰胺溶液混合置于密闭容器中在100-200℃的条件下反应6-8h，之后负载金属离子制得所述人工光合作用系统。

在一些实施例中一种将二氧化碳光催化还原制备甲醇的方法包括：上述的人工光合作用系统、还原剂和可溶性碳酸氢盐搅拌制得混合液，之后将混合液置于光反应器中光照。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明的一种人工光合作用系统以CeO₂为光捕获剂，以三聚氰胺为光敏剂和人工酶载体，以金属离子与氮原子之间形成的配位化合物为人工酶。此外，三聚氰胺中氮原子的孤对电子络合Cu²⁺，来增加光催化还原CO₂的辅助作用，增加了光催化还原产物对容易存储的甲醇选择性，且甲醇含量较高。

(2)本发明的一种人工光合作用系统提出了半导体材料二氧化铈偶合金属络合物作为人工酶构建人工光合系统的理论模型，从而拓宽了半导体材料CeO₂和三聚氰胺在光催化领域的应用，本发明的光催化剂制备过程简单，原料价廉易得。

附图说明

图1是本发明一较为具体的实施例中的反应机理图；