论文部分内容阅读
利用催化剂将CO2还原为碳氢化合物这一方法不仅能够降低空气中过多的CO2含量,而且其反应产物可作为化学燃料,从根本上解决温室效应和能源短缺问题。BaZr0.5Ce0.3Y0.2O3-δ（BZCY）是典型的钙钛矿材料,具有较好的化学稳定性以及质子传输能力,为光催化体系中质子的有效转移提供了可能。本文以探索BZCY质子导体材料的二氧化碳光催化还原效率为目的,采用过渡金属离子掺杂和半导体复合两种不同手段对BZCY材料进行改性,力求得到高效的光催化材料。具体工作如下:（1）采用高温固相法合成BZCY催化材料,对样品进行了XRD、SEM、BET、UV-vis、XPS的测试表征,然后对其不同条件下CO2催化还原性能进行了详细的讨论,结果表明BZCY材料在350℃加热和紫外光条件下催化效果最好,此时产物为甲烷,乙烷和丙烷。这是首次发现钙钛矿材料在常压下二氧化碳加氢催化反应中得到多碳烷烃。我们发现反应五小时后甲烷的累计产量为39.13 umol g-1,乙烷的累计产量为8.64 umol g-1,丙烷的累计产量为3.22 umol g-1,二氧化碳的总体转化率为0.11%。（2）采用高温固相法成功合成了不同Co掺杂量的BZCY催化材料,对样品进行了XRD、SEM、BET、UV-vis、PL、XPS等测试表征与讨论,在紫外光和350℃加热条件下进行光热耦合催化性能测试,成功将二氧化碳和水有效转化为甲烷、乙烷、丙烷等有机产物。结果表明:钴元素的掺杂可以增加BZCY材料的吸光度,降低电子-空穴对的复合速率,增加材料的氧空位浓度,因此BZCY材料光催化性能得到明显的增加,当钴掺杂量为0.05时光催化效果最好,五小时光热催化还原二氧化碳得到甲烷的累计产量为266.8umol g-1,乙烷的累计产量为123.2 umol g-1,丙烷的累计产量为21.6 umol g-1。二氧化碳的总体转化率为0.95%。采用同样合成方法制备了不同Ni掺杂量的BZCY催化材料,在光热耦合条件下进行催化实验,发现当Ni掺杂量为0.05时,催化效果达到了最优,五小时光热催化还原二氧化碳得到甲烷的累计产量为219.9 umol g-1,乙烷的累计产量为83.2 umol g-1,丙烷的累计产量为12.7 umol g-1,此结果比钴掺杂的BZCY材料催化效率略低,这是因为镍掺杂的BZCY材料比表面积较低,此时二氧化碳的总体转化率为0.7%。（3）将BZCY与BaSrCo1.6Fe0.4O6-δ（BSCF）和LaSrCoFeO6-δ（LSCF）材料进行复合,重点探究反应前五小时的光催化性能。在250℃与可见光照射条件下,BZCY与BSCF复合材料光热耦合催化还原二氧化碳得到产物主要为甲醇,而这两种材料分别进行催化时主产物为甲烷,这是因为复合材料形成了异质结,电子和空穴在异质界面定向转移促使产物生成甲醇,此时BZCY与BSCF比例为2:8,甲醇最高累计产量为30.3 umol g-1,二氧化碳总转化率为0.05%;BZCY与LSCF复合材料在350℃与可见光条件下催化产物中以甲烷为主,当BZCY与BSCF比例为4:6时,光热耦合催化还原二氧化碳得到最高的甲烷累计产量是696.2 umol g-1,此时电子和空穴在异质界面定向转移促使产物生成甲烷。二氧化碳的总体转化率为1.14%。