[发明专利]高效光催化CO2加氢材料光催化剂的制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效光催化CO₂加氢材料Pd/TiO₂的制备及应用方法，尤其是Pd/TiO₂光催化材料的制备方法及其在紫外光下光催化CO₂加氢生成CH₄的有效应用，属于光催化技术领域。

背景技术

随着化石燃料的不断使用，环境污染与能源短缺已成为人们面临的主要危机，大气中大量排放的CO₂是造成温室效应的主要气体，导致全球气候变暖，严重影响生态和环境问题，CO₂作为最丰富的碳源之一，开发CO₂不仅能减少环境污染，而且将CO₂转化为有用能源能够解决能源问题，因此引起了人们的关注与重视。

光催化技术能够充分利用太阳能，反应条件温和、绿色化，具有很好的发展前景，光催化CO₂加氢关键在于制备出高效的光催化剂。TiO₂因其具有氧化电位较高、便宜易得、无毒、化学性质稳定等特点，在光催化领域得到了广泛的应用。但是由于它的宽的能带隙(3.2eV)，只能被波长较短的紫外光激发，仅占照射到地面太阳能射线的4％-6％，太阳能利用率较低，并且光生载流子很容易重新复合，导致光催化效率很低。当激发波长小于387nm时，电子从价带激发到导带生成光生电子，同时在价带上留下光生空穴，形成光生电子-空穴对，电子和空穴一部分会迁移到半导体表面参与化学反应，另一部分则会在半导体内部发生重组。一般来说，化学反应时间为10^-8-10^-3s，而光生电子空穴重组时间为10^-9s，所以光激发产生的电子和空穴大部分进行了重组反应，最后以热能形式散失，这导致了光催化效率的降低。

为提高TiO₂光催化活性，各种各样的改性方法也被应用，如稀土离子掺杂(CN 105126609 A)、贵金属负载(CN 105110447 A)、半导体复合(CN 105126892 A)等。Pd的负载能够有效吸附CO₂，活化氢离子，有效分离电子空穴对，提高光催化活性，促进光催化CO₂加氢反应。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种高效光催化CO₂加氢材料光催化剂的制备和应用方法，Pd金属聚集电子，能够提供更多的活性位，减少电子空穴复合几率，从而提高光催化CO₂加氢效率。

技术方案：本发明的一种高效光催化CO₂加氢材料光催化剂的制备方法，其特征在于：该光催化剂通过葡萄糖还原法进行Pd负载TiO₂形成Pd/TiO₂，其具体操作步骤如下：

取TiO₂材料分散在去离子水中，超声搅拌，按加入TiO₂质量的0.5％-1.5％加入氯钯酸钠溶液，使用NaOH溶液调节pH为7-10，加入葡萄糖，在60-90℃温度下水浴0.5-2h，离心、洗涤、真空干燥，即得Pd/TiO₂光催化剂。

所述加入葡萄糖，其加入量为5倍还原计量的葡萄糖。

本发明的高效光催化CO₂加氢材料光催化剂的应用在于光催化剂在紫外光下可用于CO₂加氢。

其中：

所述光催化剂在紫外光下用于CO₂加氢，具体步骤为：在高压可见微型釜式反应器中内壁处加入锡箔纸，起到聚光作用，将石英棉均匀分散承载所述光催化剂，底部留出一定空间进行搅拌，加强气体流动，光催化剂分散在石英棉上通N₂排除内部空气，加入H₂与CO₂，汞灯作为光源，常温下进行光催化加氢反应，得到CO₂主要还原产物为CH₄。

所述常温下进行光催化加氢反应，时间为1-5h。

所述加入H₂，其加入条件为2-3MPa。

所述加入CO₂，其加入条件为0.5-1MPa。

所述汞灯的功率为10-150W。

有益效果：本发明与现有的技术相比，具有以下优点：