一种光电催化CO2合成甲醇的方法技术

技术编号:10803636 阅读:137 留言:0更新日期:2014-12-24 10:53
本发明专利技术提供一种光电催化CO2合成甲醇的方法,属于CO2的资源化利用技术领域。其特征是首先将CuInS2薄膜进行预处理,然后将吡啶修饰到CuInS2薄膜上,最后以化学修饰的CuInS2薄膜为光阴极光电催化CO2合成甲醇。该方法的优点是可见光利用率高、甲醇的产量高。

【技术实现步骤摘要】
一种光电催化CO2合成甲醇的方法
本专利技术属于二氧化碳的资源化利用
,涉及一种光电催化CO2合成甲醇的方法。
技术介绍
大气中CO2气体浓度的持续增加,打破了自然界中原有的碳循环平衡,导致了温室效应的产生,严重威胁了人类的生存。将CO2气体转化为有经济价值的工业产品比如甲醇、甲烷、乙醇等物质越来越受到关注。然而,从化学热力学角度方面看,CO2是稳定的化合物,想要断裂CO2分子中的化学键需要向体系提供大量的能量才能实现。采用光电催化还原的方法将CO2转化为太阳能燃料,具有重要意义。目前,在光电催化CO2还原反应的研究中,存在可见光能利用率低、甲醇的产量低、副产物多、催化剂不易回收等问题。因此,改变电极的结构,对电极表面进行化学修饰,以期望解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服CO2光电催化还原反应中可见光能利用率低、甲醇的产量低等问题,提供一种光电催化CO2合成甲醇的方法。本专利技术的特征在于首先将CuInS2薄膜进行预处理,然后将吡啶衍生物修饰到CuInS2薄膜上,最后以化学修饰的CuInS2薄膜为光阴极光电催化CO2合成甲醇。本专利技术的优点是反可见光能利用率高、甲醇的产量高。本专利技术提供一种光电催化CO2合成甲醇的方法,是通过以下技术方法实现的:(1)将半导体CuInS2薄膜浸入酸性溶液(浓硫酸与30%双氧水的摩尔比控制在2:1~5:1)中处理10~20秒,然后用去离子水清洗干净。(2)将经过酸处理过后的CuInS2薄膜浸入NaOH溶液中,在氙灯照射下,进行循环极化,循环极化电位范围为0~-1000mV(相对于饱和甘汞电极),然后用去离子水清洗干净,并干燥。(3)将干燥后的CuInS2薄膜浸入有机极性溶剂N,N-2-甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙腈、甲苯等中,并持续搅拌30分钟左右。(4)向有机极性溶剂中加入一定量的吡啶衍生物,如氯代吡啶、氯甲基吡啶、巯基吡啶、吡啶-4-甲酰氯等;加完后,再持续搅拌0~20个小时,或者超声0~5小时,或者微波照射0~3小时。(5)取出化学修饰后的CuInS2薄膜,再分别用乙醇、去离子水清洗干净,并干燥。(6)向乙酸-乙酸钠缓冲溶液中通入CO2气体20~30分钟。(7)以饱和甘汞电极为参比电极,石墨片为对电极,化学修饰CuInS2薄膜为工作电极,采用三电极体系,在可见光照射下,外加偏压控制为-0.8V~0V,反应若干个小时。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步阐述,但本专利技术并非局限于所陈述的实施例。实施例:(1)将CuInS2薄膜浸入酸性溶液中(浓硫酸与30%双氧水的摩尔比控制在2:1~5:1)处理10~20秒,然后用去离子水清洗干净。(2)将经过酸处理过后的CuInS2薄膜浸入0.2mol/L的氢氧化钠溶液中,在氙灯照射下,进行循环极化,循环极化电位范围为0~-1000mV,循环极化30圈,然后用去离子水清洗干净后干燥。(3)将干燥后的CuInS2薄膜浸入100mLDMF溶液中,持续搅拌30分钟。(4)缓慢地向DMF溶液中加入0.28g的巯基吡啶,加完后,再持续搅拌20个小时。(5)取出化学修饰后的CuInS2薄膜,再分别用无水乙醇、去离子水清洗干净,干燥。(6)向石英烧杯中加入50mLpH=4.4的乙酸-乙酸钠缓冲溶液。(7)预先向50mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液中通入CO2气体30分钟。(8)以饱和甘汞电极为参比电极,石墨片为对电极,化学修饰的CuInS2薄膜为工作电极,采用三电极体系,在可见光照射下,外加偏压为-0.6V,光电催化反应5个小时。(9)用气相色谱测得反应后溶液中甲醇的浓度为1.37mmol/L。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电催化CO2合成甲醇的方法,其特征在于,首先将CuInS2薄膜进行预处理,然后将吡啶修饰到CuInS2薄膜上,最后以化学修饰的CuInS2薄膜为光阴极光电催化CO2合成甲醇。

【技术特征摘要】
1.一种光电催化CO2合成甲醇的方法,其特征在于,首先在NaOH溶液中通过循环极化的方法对CuInS2薄膜进行预处理;然后将CuInS2薄膜浸入含有氯代吡啶、氯甲基吡啶、巯基吡啶或吡啶-4-甲酰氯的有机溶剂中,超声0~5小时,或者微波照射0~3小时,使吡啶衍生物修饰到CuInS2薄膜上;最后以化学修饰的CuInS2薄膜为光阴极光电催化CO2合成甲醇。2.按照权利要求1中光电催化CO2合成甲醇的方法,其特征在于,NaOH溶液的浓度控制...

【专利技术属性】
技术研发人员:元炯亮凡明明
申请(专利权)人:北京化工大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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