[发明专利]一种用于光催化还原二氧化碳的钙钛矿材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种用于光催化还原二氧化碳的钙钛矿材料的制备及应用，钙钛矿材料的化学式为ATiO₃，其中A为Co、Ni、Cu或Mn。该催化剂能显著提高光催化还原二氧化碳的效率。同时，该催化剂的制备方法简单易行，反应条件温和，在开发化石燃料的替代能源以及高效利用太阳能等方面具有广阔的应用前景，是一种新型高效的光催化还原二氧化碳的材料。详细研究该类钙钛矿材料光催化还原二氧化碳的反应体系，并通过加入2,2'‑联吡啶提高产物CO的产率及选择性，探究其最佳的反应条件，并为寻找其它高效还原二氧化碳材料及反应体系提供了明确的方向。

技术领域

本发明属于光催化还原二氧化碳技术领域，具体涉及一种用于光催化还原二氧化碳的钙钛矿材料的制备及应用。

背景技术

能源短缺和环境恶化是当前全人类面临的最严峻的问题。由于煤炭、石油、天然气等化石燃料的过度开发使用，大气中的二氧化碳浓度不断升高，出现了酸雨、温室效应等一系列负面结果，开发清洁能源来代替传统的非可再生能源具有重大意义。太阳能的开发与利用是21世纪的一个重要的研究课题，光催化技术有望成为解决环境污染和能源短缺问题的利器。

CO₂作为一种C1资源，可通过光催化的方式对其进行资源化利用，将CO₂转化成多种能源分子（CO、CH₃OH、CH₄、HCOOH等），对资源循环利用和环境保护均具有重要意义。1979年Honda等人首次发现，在TiO₂电极上CO₂可光致还原成甲醇和甲醛，这一重大意义的发现让人们看到了半导体光催化剂还原CO₂资源化利用的广阔前景。并且光催化技术具有成本低、反应条件温和、环境友好和能耗小等优点，利用光催化转化技术是还原CO₂的理想途径之一。但是，光催化材料普遍具有转化效率低、反应速率慢、实际应用差等缺点。因此，开发新型高效可见光响应的光催化材料是实现光催化固碳技术的核心课题。

光催化还原 CO₂的材料已经从常规的硫化物、氧化物及其改性半导体材料等拓展到了过渡金属修饰的分子筛、含贵金属的金属配合物以及金属有机骨架材料等。但这些材料普遍存在稳定性较差，量子产率低以及含有贵金属造价高等缺点。并且光催化还原CO₂反应大多存在反应体系复杂，反应机理不明确，产物选择性不佳等问题。因此光催化还原CO₂的反应体系也极大的制约了其还原效率。