[发明专利]吡啶季铵盐与无机半导体杂化体系光催化还原CO2

说明书

本发明涉及吡啶季铵盐与无机半导体杂化体系光催化还原CO₂的应用，属于光催化二氧化碳还原技术领域。将吡啶季铵盐、无机半导体材料和电子牺牲体加入到溶剂中，并置于透光的反应容器中，然后对所述反应容器进行密封；向密封的反应容器中鼓入CO₂，在光照作用下，所述吡啶季铵盐作为助催化剂，无机半导体作为光催化剂，将CO₂还原为CO。本发明所述的光催化杂化体系具有助催化剂合成方法简单，不含金属，并且与无机半导体材料构筑的光催化体系在水相中还原二氧化碳效果优异的特点。

技术领域

本发明涉及光催化二氧化碳还原技术领域，更具体地，涉及吡啶季铵盐与无机半导体杂化体系光催化还原CO₂的应用。

背景技术

人类发展过程中，化石燃料的燃烧不仅引起了能源短缺，同时造成空气中二氧化碳等温室气体浓度不断升高，这对人类社会的发展和生存造成了极大的影响。因此，通过光催化的方式将CO₂转化为高附加值的含碳产物是二氧化碳资源化利用的有效途径。

目前，光催化还原CO₂可根据体系使用的材料的不同，主要分为三类： 1)基于分子的均相体系；2)基于无机材料的异相体系；3)将分子与无机材料结合的杂化体系。无机半导体由于合成方法简单、具备良好的光响应且可带隙调节、光稳定性高，表面配体易修饰等特点，已被广泛用于光催化还原二氧化碳体系。在无机半导体材料体系中引入助催化剂能够有效抑制电子-空穴对的复合，提高光催化效率。其中助催化剂可以是金属配合物、纳米颗粒、高分子聚合物等物质。

通常在无机半导体光催化体系中引入助催化剂后，大多数光催化反应在有机相中进行。例如，在DMSO和水的混合溶液中，将CuInS₂/ZnS和铁金属配合物结合实现光催化二氧化碳转化为一氧化碳的高选择性(99％以上)，但生成的一氧化碳的量非常低(1μmol)[J.Am.Chem.Soc.2017,139, 8931-8938]。

不含金属的吡啶结构，与Pt一同用于电催化还原二氧化碳[ACS Catal. 2017,7,5410-5419]，被证实可用于二氧化碳的还原；在最近的文章[Stand-Alone CdSNanocrystals for Photocatalytic CO2 Reduction with High Efficiency andSelectivity,ACS Appl.Mater.Interfaces,2021,13,22, 26573-26580]中，将吡啶作为配体修饰在CdS QDs表面，在CH₃CN中实现了高效的光催化还原二氧化碳。然而，至今基于吡啶季铵盐与无机半导体材料的光催化还原二氧化碳体系还尚未报道。

因此，需要提供一种吡啶季铵盐与无机半导体杂化体系光催化还原二氧化碳的方法。

发明内容

本发明解决了现有技术中光催化还原二氧化碳体系大多仅适用于有机相且催化活性不高的技术问题。本发明以吡啶季铵盐作为助催化剂，无机半导体作为光催化剂，在光照作用下，将CO₂还原为CO。本发明的光催化体系助催化剂不含金属，光催化还原CO₂效率大幅提升。

根据本发明的目的，提供了吡啶季铵盐与无机半导体杂化体系用于光催化还原CO₂的应用，包括以下步骤：

(1)将吡啶季铵盐、无机半导体材料和电子牺牲体加入到溶剂中，并置于透光的反应容器中，然后对所述反应容器进行密封；

(2)向步骤(1)密封的反应容器中鼓入CO₂，在光照作用下，所述吡啶季铵盐作为助催化剂，无机半导体材料作为光催化剂，将CO₂还原为 CO。

优选地，所述吡啶季铵盐为聚(4-乙烯吡啶)的季铵化产物或聚(2-乙烯吡啶)的季铵化产物。