CN113117522A - 一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,属于等离子体光催化剂技术领域。采用的方案为:在高压密闭反应釜中进行还原CO2反应,通过添加H2O,配合H2协同作用,极大提高反应活性。本发明具有工艺简单、成本低等优点,可以为提高Bi等离子体光催化活性提供有效途径。
Description
技术领域
本发明属于等离子体催化剂技术领域,涉及一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法。
背景技术
在过去的几十年里,金属由于具有表面等离子体共振(SPR)效应已经成功应用于光催化,例如Au、Ag和Cu等纳米颗粒。然而,贵金属的价格因素影响其应用,考虑经济实用性的问题,本领域研究人员一直渴望寻找其他具有等离子体效应的光催化材料。原子序数为83的元素金属Bi,是现在唯一存在并且只含有低毒和低放射性的重金属元素,被称为“绿色元素”。目前,我国每年产量占全世界产量的三分之一以上,丰富的资源使其广泛应用于在我国各个领域。Bi等离子体具有高的载流子距离、能带重叠能量小等独特优点,有类贵金属性质和较宽泛的光吸收性,使得其在光热催化中具有巨大的潜力。
Bi等离子体光催化材料在还原CO2反应中的研究日益发展,对催化材料的要求也日益升高。但是,尽管Bi等离子体具有上述的这些优异性质,但其催化活性仍旧很低,因此在一定程度上限制了Bi等离子体的实际应用。因此,现有技术研究人员通过越来越多的方法对于催化材料进行改性以提升其催化效率。如:通过Bi等离子体与金属Sn纳米薄片的复合是使得Bi-Sn双金属界面出现大量的活性位点;通过负载于半导体g-C3N4上,均可获得出色的催化活性。因此,提高Bi等离子体催化还原CO2活性在当前是一个研究热点。然而,现有研究技术具有操作复杂,工艺流程繁琐,需要引入其他金属元素而限制其推广使用,亟待廉价易行的工艺技术。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,该方法操作步骤简单,成本低廉,能够显著增强催化活性。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
本发明公开了一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,包括:在利用Bi等离子体光催化剂进行还原CO2的反应中,同时使用H2和H2O作为还原剂。
优选地,每mg Bi等离子体中加入H2的量为4~20mL,每mg Bi等离子体中加入的H2O的量为4~100μL。
进一步优选地,还原CO2的反应中,每mg Bi等离子体中加入的H2的量为50mL。
进一步优选地,还原CO2的反应中,每mg Bi等离子体中加入的H2O的量为加入的H2O的量为80μL。
优选地,还原CO2的反应的温度范围为140-200℃。
优选地,还原CO2的反应在密闭的高压反应釜中进行。
优选地,进行还原CO2反应前,采用Ar气排空高压反应釜中的空气。
优选地,所述H2O采用去离子水。
进一步优选地,去离子水通过液相进样针注入反应容器中。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明公开的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,在利用Bi等离子体光催化剂进行还原CO2反应中,同时使用H2和H2O作为还原剂,通过H2和H2O的协同作用,改善了单H2气氛下的低反应活性以及单H2O气氛下的材料不稳定性,显著提高反应活性,能够有效改善Bi等离子体光催化剂还原CO2的性能。一方面,比起其他方法,本发明具有方法步骤简单、成本低廉等优点;另一方面同时提高了光催化剂的活性及稳定性,效果显著。
附图说明
图1为本发明制备的标尺长度为100nm的Bi等离子体光催化剂;
图2为本发明制备的Bi等离子体光催化剂的XRD图;
图3为本发明对提高Bi等离子体光催化剂还原CO2性能研究图1;
图4为本发明对提高Bi等离子体光催化剂还原CO2性能研究图2。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
实施例1
本实施提供一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,具体步骤如下:
在高压密闭反应釜中进行还原CO2反应,反应前将5mg Bi等离子体光催化剂置于反应釜中,采用Ar气排空釜内空气,依次向釜中注入50mL CO2、50mL H2和80μL H2O,在200℃下持续反应,反应结束后在可见光照射下,通过监测产物,评估还原CO2活性。
结果如图1-图4所示,从图1可以看出,Bi等离子体光催化剂的微观形貌图,Bi呈纳米球形态,直径约为130nm,从图2可知所制备的Bi等离子体光催化剂与金属Bi的特征衍射峰完全一致,说明制备的物质为金属Bi。
从图3可以看出,分别在单独H2O、单独H2以及H2O和H2同时作为还原剂下测试Bi等离子体光催化剂的性能。单纯H2进行还原反应时,反应活性偏低。单纯H2O进行还原反应时,催化剂则不能保持良好的稳定性。而当H2和H2O同时存在时,反应活性大大提高,且保持了优秀的稳定性。
由图4,通过调节H2O量,在H2存在的条件下,Bi等离子体光催化剂达到了最高的CO反应活性(195μmol·g-1·h-1)。
说明本发明采用的方法简单高效,通过H2O和H2协同作用,极大提高了Bi等离子体光催化还原CO2活性。
实施例2
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL H2和80μL H2O,反应无产物,说明本技术针对CO2还原过程。
实施例3
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、20mL H2和80μL H2O,活性高于不加H2O反应。
实施例4
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、35mL H2和80μL H2O,活性高于不加H2O反应。
实施例5
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、65mL H2和80μL H2O,活性高于不加H2O反应。
实施例6
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、50mL H2和0μL H2O,活性较低,说明H2O在提高Bi等离子体光催化还原CO2过程中起重要作用。
实施例7
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、50mL H2和50μL H2O,活性高于不加H2O反应。
实施例8
与实施例1不同在于,步骤中为:依次向釜中注入50mL CO2、50mL H2和100μL H2O,活性高于不加H2O反应。
实施例9
本实施提供一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,具体步骤如下:
在高压密闭反应釜中进行还原CO2反应,反应前将5mg Bi等离子体光催化剂置于反应釜中,采用Ar气排空釜内空气,依次向釜中注入50mL CO2、30mL H2和300μL H2O,在180℃下持续反应。反应结束后在可见光照射下,监测反应结果,发现反应活性有所提高,能够有效改善Bi等离子体光催化剂还原CO2的性能。
实施例10
本实施提供一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,具体步骤如下:
在高压密闭反应釜中进行还原CO2反应,反应前将5mg Bi等离子体光催化剂置于反应釜中,采用Ar气排空釜内空气,依次向釜中注入60mL CO2、20mL H2和20μL H2O,在140℃下持续反应。反应结束后在可见光照射下,监测反应结果,发现反应活性有所提高,能够有效改善Bi等离子体光催化剂还原CO2的性能。
实施例11
本实施提供一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,具体步骤如下:
在高压密闭反应釜中进行还原CO2反应,反应前将5mg Bi等离子体光催化剂置于反应釜中,采用Ar气排空釜内空气,依次向釜中注入200mL CO2、100mL H2和500μL H2O,在140℃下持续反应。反应结束后在可见光照射下,监测反应结果,发现反应活性有所提高,能够有效改善Bi等离子体光催化剂还原CO2的性能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,包括:在利用Bi等离子体光催化剂进行还原CO2的反应中,同时使用H2和H2O作为还原剂。
2.根据权利要求1所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,每mg Bi等离子体中加入H2的量为4~20mL,每mg Bi等离子体中加入的H2O的量为4~100μL。
3.根据权利要求2所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,还原CO2的反应中,每mg Bi等离子体中加入的H2的量为50mL。
4.根据权利要求2所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,还原CO2的反应中,每mg Bi等离子体中加入的H2O的量为加入的H2O的量为80μL。
5.根据权利要求1所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,还原CO2的反应的温度范围为140-200℃。
6.根据权利要求1所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,还原CO2的反应在密闭的高压反应釜中进行。
7.根据权利要求6所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,进行还原CO2反应前,采用Ar气排空高压反应釜中的空气。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,所述H2O采用去离子水。
9.根据权利要求8所述的提高Bi等离子体光催化剂还原CO2活性的方法,其特征在于,去离子水通过液相进样针注入反应容器中。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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