[发明专利]一种二氧化碳催化还原反应装置

说明书

本发明公开了一种二氧化碳催化还原反应装置，该装置包括光催化反应器、电催化反应器、电化学工作站和光源灯。在光催化反应器侧壁设有与光源灯出光口对应的光照窗口；在电催化反应器侧壁上嵌有与光照窗口对应的钛片；其中，钛片的外侧面经过处理形成钛氧化物光照催化复合材料，其结构为整齐竖立管状阵列结构，与其他形态的钛片相比，该结构的钛片具有更大的比表面积和更强的吸附能力，提高光电转换效率。电催化反应器内设有与电化学工作站相连的三电极，使光激发钛片产生的电子转移到对电极上，降低电子‑空穴对的复合率，提高催化剂光量子使用效率。因此，采用本发明提供的装置，能够提高二氧化碳催化还原反应效率。

技术领域

本发明涉及二氧化碳催化还原领域，特别是涉及一种光电催化二氧化碳催化还原反应装置。

背景技术

近年来，利用光催化还原技术将二氧化碳转化为清洁燃料已引起各国研究者的关注。从热力学角度看，二氧化碳的能级较低，化学惰性大，难以活化，要使其还原必须补充能量，且由于二氧化碳本身无法吸收波长在200～900nm之间的可见光和紫外光，因此，二氧化碳的光催化还原过程需引入光催化剂。当催化剂受到适当波长的光激发后产生电子-空穴对并迁移至催化剂表面，然后二氧化碳和水蒸气会被吸附在催化剂的活性反应位点，与具有还原性和氧化性的电子-空穴发生反应。空穴夺取水蒸气中的电子使其分解为形成强氧化型的氢氧根自由基和氢离子，而二氧化碳和新生成的氢离子可作为电子受体被还原为强氧化型二氧化碳阴离子自由基和氢原子自由基，进一步参与反应最终生成甲烷、甲醇、甲酸和甲醛等小分子碳氢有机化合物。

尽管光催化转化二氧化碳的研究领域已取得了很大进展，但是目前仍存在催化剂光量子使用效率低、光电转换效率低、光生电子-空穴对的复合率高等问题。总体来说就是存在催化还原反应效率低的问题。因此，如何提高二氧化碳催化还原反应效率，是二氧化碳催化还原领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化碳催化还原反应装置，以提高二氧化碳催化还原反应效率为目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种二氧化碳催化还原反应装置，所述二氧化碳催化还原反应装置包括：

光催化反应器、设置于所述光催化反应器内的电催化反应器以及设置于所述光催化反应器外的电化学工作站和光源灯；所述光催化反应器侧壁设有光照窗口；所述光照窗口与所述光源灯的出光口对应设置；所述电催化反应器侧壁上嵌有钛片，所述钛片与所述光照窗口对应设置；所述电催化反应器内设有与所述电化学工作站相连的三电极；其中，所述钛片包括位于所述电催化反应器与所述光催化反应器之间的外侧面以及位于所述电催化反应器的内部的内侧面，所述钛片的外侧面经过处理形成钛氧化物光照催化复合材料，所述钛片的内侧面为光滑平整钛片结构。

可选的，所述光催化反应器上端设有密封盖；所述密封盖上设有进气孔、出气孔和取样孔；其中，所述取样孔用橡皮塞密封。

可选的，所述二氧化碳催化还原反应装置还包括二氧化碳气瓶、加热套、锥形瓶以及显示器；其中，所述二氧化碳气瓶通过第一导气管与所述加热套的进气口连接，用于为所述加热套提供二氧化碳气体；所述加热套的出气口通过第二导气管与所述密封盖上的进气孔连接，用于为所述光催化反应器提供二氧化碳气体和水蒸气；所述锥形瓶通过第三导气管与所述密封盖上的的出气孔连接，用于判断二氧化碳气体出气气流是否稳定；所述显示器与所述电化学工作站连接，用于实时显示二氧化碳催化还原反应过程。

可选的，所述装置还包括针管和色谱仪；所述针管用于将所述针管插入所述密封盖上的取样口，抽取所述光催化反应器的反应气体，并将所述反应气体加入到所述色谱仪中；所述色谱仪，用于鉴定二氧化碳催化还原反应后的还原产物。

可选的，所述电催化反应器包括一个壳体和嵌在所述壳体上的钛片；所述壳体和钛片形成封闭的电催化反应器；所述壳体的内部充满惰性电解质溶液。