[发明专利]一种光电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及COsubgt;2/subgt;还原技术领域，公开了一种光电催化剂及其制备方法和应用，光电催化剂为Cl离子修饰的ZnO/Cusubgt;2/subgt;O纳米管阵列，其中Cl离子主要均匀修饰在连续的ZnO/Cusubgt;2/subgt;O纳米管阵列表面，部分掺杂在ZnO/Cusubgt;2/subgt;O晶格中，ZnO/Cusubgt;2/subgt;O纳米管阵列中Cusubgt;2/subgt;O掺杂在ZnO纳米管阵列；得益于氯离子修饰的作用，Cusubgt;2/subgt;O能够有效保持Cusupgt;+/supgt;的稳定性，抑制Cusupgt;+/supgt;发生歧化反应转变为Cusupgt;0/supgt;和Cusupgt;2+/supgt;而失去催化活性。本发明可提供高效稳定的CO2还原操作，并能显著增强对光电化学COsubgt;2/subgt;还原的催化活性，在‑0.3Vvs.RHE，法拉第效率可达88％，原料成本较低，合成过程可控、环保。

技术领域

本发明涉及CO₂还原技术领域，具体涉及一种光电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

根据驱动能源的不同，现有的CO₂还原反应主要分为：光催化、电催化、生物催化和热催化。本发明设计的是一种光阴极材料，应用在光电催化CO₂还原中。光电催化研究的是光照条件下光电极的电化学性质，可以视为光催化和电催化的耦合体系，结合了这两种催化手段的优势。然而在CO₂还原过程中，设计具备高效率、高稳定性的催化剂是其中的关键一环。原因在于，在光电催化二氧化碳还原反应中，二氧化碳还原反应和水还原反应会同时发生，导致产物的选择性下降。

目前的研究中，Cu基催化剂是唯一能够将CO₂还原为多碳产物的催化剂，其中Cu₂O是一种典型的p型半导体，其禁带宽度适中，位于可见光响应范围，导带价带位置与CO₂氧化还原电位匹配，所以Cu₂O常作为光阴极，应用在光电催化CO₂还原的研究中。但是Cu₂O载流子浓度含量低，光生电子和空穴极易发生复合，所以提高Cu₂O催化效率成为目前需要解决的一大问题。其次，Cu₂O容易发生歧化反应使Cu⁺转化为Cu0或Cu²⁺，导致催化活性降低和产物的选择性下降。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种能够有效调控Cu₂O价带结构、改善Cu₂O基催化性能的光电催化剂及其制备方法和应用，以为光电CO₂还原提供一种催化性能优异、稳定性良好、原料资源丰富、制备过程简单可控又环保、成本低、易于工业化批量生产的光电催化剂。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光电催化剂，所述光电催化剂为Cl离子修饰的ZnO/Cu₂O纳米管阵列，其中以ZnO纳米棒阵列为模板，将Cu₂O负载到ZnO上，形成ZnO/Cu₂O复合纳米管阵列，而Cl离子主要吸附在连续的ZnO/Cu2O纳米管阵列表面，部分掺杂在ZnO/Cu₂O晶格中。

优选的，所述光电催化剂中Zn²⁺、Cu⁺、Cl^-的摩尔比为4:1:2。

一种光电催化剂制备方法，包括以下步骤：

S1：采用恒电流电化学沉积法在导电玻璃片上沉积ZnO纳米棒阵列。