[发明专利]一种光催化还原二氧化碳助催化剂、光催化体系及其应用

说明书

本发明公开了一种光催化还原二氧化碳助催化剂、光催化体系及其应用，所述光催化还原二氧化碳助催化剂为酞菁金属配合物或聚酞菁金属配合物，所述光催化体系包括该光催化还原二氧化碳助催化剂、牺牲剂、光催化剂和溶剂。本发明还公开了所述光催化体系在光催化二氧化碳还原中的应用。本发明中的聚酞菁金属配合物作助催化剂时体系为高效的异相催化体系，且聚酞菁金属配合物可以很好的抑制副产物氢气的生成，对一氧化碳的选择性大大提高。本发明中的光催化还原二氧化碳体系成本低，无需复杂的反应设备，便于实际应用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种光催化还原二氧化碳助催化剂、光催化体系及其应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是植物生长和工业生产的重要碳源，同时也是一种导致气候变暖的温室气体。利用太阳能把二氧化碳还原成有机物或燃料是解决能源紧缺、环境污染和花房效应的有效途径之一。

光催化体系一般由吸收光的光催化剂、催化二氧化碳分子还原的助催化剂和提供还原反应所需的电子牺牲剂三个部分组成。其中，助催化剂作为二氧化碳还原的中心，被认为是体系的“灵魂分子”。近几十年来，金属配合物、金属氧化物和金属氮化物等已被证实可以作为还原二氧化碳的助催化剂。开发稳定和高效的二氧化碳还原助催化剂具有重要的研究和应用价值。

因此，本发明提供了一种稳定和高效的光催化还原二氧化碳助催化剂、包含该助催化剂的光催化体系及其应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种光催化还原二氧化碳助催化剂。

本发明的第二个目的在于提供一种光催化体系。

本发明的第三个目的在于提供一种光催化体系的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化还原二氧化碳助催化剂，所述光催化还原二氧化碳助催化剂为酞菁金属配合物或聚酞菁金属配合物。

优选地，所述酞菁金属配合物(即MPc，其中Pc代表酞菁)的结构式如式I所示：

其中，所述M为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)或锌(Zn)。

优选地，所述聚酞菁金属配合物(即MPPc，其中PPc代表聚酞菁)的结构式如式II所示：

其中，所述M为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)或锌(Zn)。本发明中的聚酞菁金属配合物，因特殊的大共轭结构以及结构的可调变形，其电催化活性和稳定性与酞菁配合物相比明显提高，因此，聚酞菁金属配合物作为助催化剂更为高效稳定。

优选地，所述聚酞菁金属配合物的聚合度为2～100000。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化体系，包括牺牲剂、光催化剂、溶剂和上述光催化还原二氧化碳助催化剂。本发明中酞菁金属配合物合成简单且化学性质稳定；与酞菁金属配合物相比，将聚酞菁金属配合物作助催化剂时，体系为异相催化体系，更利于助催化剂的回收和实际应用；聚酞菁金属配合物可更好的抑制副产物氢气的生成，对一氧化碳的选择性大大提高；且聚酞菁金属配合物的化学性质更稳定和导电子能力更强。

优选地，所述光催化剂选自红紫素、三(2,2’-联吡啶基)氯化钌(Ⅱ)六水合物和三(2-苯基吡啶)合铱中的一种或多种。

优选地，所述牺牲剂为三乙醇胺和/或三乙胺。

优选地，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、或者包含水和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液。