用于CO2光催化还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂及其制备方法和应用技术

一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，无铅双钙钛矿量子点和二维材料复合形成异质结结构，无铅双钙钛矿量子点的化学通式为Cs2BⅠBⅡX6，其中BⅠ选自Ag

【技术实现步骤摘要】
用于CO2光催化还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂及其制备方法和应用
，尤其涉及用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]以CO2为主的温室气体的过量排放造成了全球气候变暖以及附带的一系列极端天气，严重影响了未来人类文明的存续。当前局势下，在保存能源结构不发生重大改变的情况下，如何将CO2进行有效收集转化和利用是目前研究热点。光催化技术作为一种利用清洁能源太阳能作为驱动还原CO2，降低CO2排放的同时获得碳氢燃料。CO2光催化还原反应具有如下优点：还原产物为CH4、CO、H2等碳氢燃料；该反应过程由可清洁、再生能源—太阳能驱使，避免在催化降解二氧化碳的过程对环境造成二次污染；该反应的反应装置简单，反应条件容易达到(室温、大气压)等优势，被认为是解决地球变暖和能源危机的有效方式。迄今为止，研究者们已经对光催化还原CO2进行了大量的应用研究，制备一种高效光催化剂显得尤为重要。
[0003]量子点作为一种零维纳米半导体材料，因其具有众多优异的物理特性，如量子尺寸效应、多激子激发效应以及超快激子传导等，引起了研究者的极大兴趣。无铅双钙钛矿量子点(CsBⅠBⅡX)的出现解决了铅基钙钛矿量子点环境不友好、稳定性差等问题，且合成工艺日趋成熟。但其较宽的带隙、丰富的表面配体使得其在光催化领域的应用受到了一定限制。
[0004]影响复合光催化剂性能的因素主要有以下几个方面：晶体结构、能带结构、晶体尺寸等。其中光催化剂的粒径尺寸与比表面积的大小密切相关，在光催化反应中，比表面积直接决定了光催化材料氧化还原反应位点的数量。二维材料是一种典型的具有大比表面积的材料，它具有表面活性位点多、丰富的主客体选择性、电子分离效率快等优点，可作为基底材料负载量子点。但是，大多数二维材料存在不稳定、光生电子—空穴易复合等缺点，因此研究者将二维材料与其他半导体材料进行复合，形成异质结结构以降低光生电子—空穴的复合，提升光催化性能。半导体异质结多分为以下三类：
[0005]Ⅰ型：半导体1的价带正于半导体2的价带，半导体1的导带负于半导体2的导带，光生电子—空穴由半导体1迁移至半导体2，能够有效延长光吸收范围，增加光利用率；
[0006]Ⅱ型：半导体2的价带正于半导体1的价带，半导体1的导带负于半导体2的导带，光生电子由半导体1的导带迁移至半导体2的导带，光生空穴由半导体2的价带迁移至半导体1的价带，能够有效降低光生电子—空穴对的复合，增加光催化反应效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一是提供一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，具有不同带隙结构组成的半导体异质结结构，能延长催化剂光吸收范围，增强内部载流子迁移效率，降低光生电子—空穴对的复合，具有高稳定性、高效率的光催化性
能。
[0008]本专利技术的目的之二是提供一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法，能够实现带隙可调，工艺简单，重现性好，环境友好。
[0009]本专利技术的目的之三是提供一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的应用。
[0010]为实现本专利技术的目的之一采用的方案是：
[0011]一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，无铅双钙钛矿量子点和二维材料复合形成异质结结构，无铅双钙钛矿量子点的化学通式为Cs2BⅠBⅡX6，其中BⅠ选自Ag
+
，In
+
，Cu
+
中任意一种离子，BⅡ选自In
3+
，Bi
3+
，Sb
3+
中任意一种离子，X选自Cl
‑
，Br
‑
，I
‑
中任意一种离子，二维材料选自Ti3C2，铋烯，黑磷中任意一种。
[0012]选择不同的BⅠ或BⅡ金属，无铅双钙钛矿量子点可以具有不同的带隙大小与价带、导带位置。
[0013]上述技术方案中，所述无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂具有Ⅰ型异质结结构或Ⅱ型异质结结构或S型异质结结构或Z型异质结结构。
[0014]上述技术方案中，所述无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的CO2光催化还原产物为一氧化碳(CO)或甲烷(CH4)或甲酸(HCOOH)。
[0015]为实现本专利技术的目的之二采用的方案是：
[0016]一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1.将Cs2CO3，BⅠOAc，BⅡ(OAc)3溶于十八烯中，在惰性气体保护下，升温并混合均匀；
[0018]步骤2.将二维材料溶于十八烯中，分散后加入至步骤1得到的产物中并混合均匀，然后加入油酸、油酸配体，保温至反应完全，得到混合液；
[0019]步骤3.将步骤2得到的混合液升温后，加入三甲基卤硅烷和盐酸混合溶液，反应完成后冷却；
[0020]步骤4.将步骤3所得的产物离心、洗涤、烘干后研磨，得到无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂。
[0021]上述技术方案中，步骤1、步骤2和步骤3中，Cs2CO3、BⅠOAc、BⅡ(OAc)3、二维材料、油酸、油酸配体、三甲基卤硅烷和盐酸的比例为0.1
‑
1mmol：0.2
‑
0.5mmol：0.5
‑
1mmol：30
‑
60mg：1
‑
3mL：1
‑
3mL：1
‑
2mL：0.3
‑
0.7mL。
[0022]上述技术方案中，步骤1中，BⅠOAc为AgOAc，InOAc，CuOAc中任意一种，BⅡ(OAc)3为In(OAc)3，Bi(OAc)3，Sb(OAc)3中任意一种，惰性气体为氩气或氮气，升温温度为100
‑
120℃。
[0023]上述技术方案中，步骤2中，二维材料为Ti3C2，铋烯，黑磷中任意一种，保温温度为100
‑
120℃。
[0024]上述技术方案中，步骤3中，升温温度为170
‑
190℃，反应时间为100
‑
200s；步骤4中，采用叔丁醇溶液和正己烷溶液交替洗涤，离心时间为3
‑
7min，转速为7000
‑
10000rpm，研磨至无明显颗粒。
[0025]为实现本专利技术的目的之三采用的方案是：
[0026]一种根据上述用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂或上
所述制备方法制备的用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂在高效光催化还原CO2中的应用。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]1.用于CO2还原的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，其特征在于：无铅双钙钛矿量子点和二维材料复合形成异质结结构，无铅双钙钛矿量子点的化学通式为Cs2BⅠBⅡX6，其中BⅠ选自Ag
+
，In
+
，Cu
+
中任意一种离子，BⅡ选自In
3+
，Bi
3+
，Sb
3+
中任意一种离子，X选自Cl
‑
，Br
‑
，I
‑
中任意一种离子，二维材料选自Ti3C2，铋烯，黑磷中任意一种。2.根据权利要求1所述的一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，其特征在于：所述无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂具有Ⅰ型异质结结构或Ⅱ型异质结结构或S型异质结结构或Z型异质结结构。3.根据权利要求1所述的一种用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂，其特征在于：所述无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的CO2还原产物为一氧化碳(CO)或甲烷(CH4)或甲酸(HCOOH)。4.一种根据权利要求1至3中任一项所述的用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将Cs2CO3，BⅠOAc，BⅡ(OAc)3溶于十八烯中，在惰性气体保护下，升温并混合均匀；步骤2.将二维材料溶于十八烯中，分散后加入至步骤1得到的产物中并混合均匀，然后加入油酸、油酸配体，保温至反应完全，得到混合液；步骤3.将步骤2得到的混合液升温后，加入三甲基卤硅烷和盐酸混合溶液，反应完成后冷却；步骤4.将步骤3所得的产物离心、洗涤、烘干后研磨，得到无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂。5.根据权利要求4所述的用于CO2还原的无铅双钙钛矿量子点@二维材料复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1、步骤2和步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘曰利，周敏，陈文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：