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  【每周推荐21-22期】一种光催化二氧化碳还原的方法

技术背景:
        随着化石燃料的燃烧,能源危机和环境污染问题日益显著。作为温室气体的主要成分,二氧化碳的减排和利用是解决问题的关键。光催化二氧化碳还原是一种利用太阳能将二氧化碳转换为其他有价值的化学品的技术,具有反应条件温和、环保无污染、能耗小等优点,受到了极大的关注。同时,将二氧化碳还原为具有更高价值的乙烷和乙烯是光催化二氧化碳还原技术需要克服的难题,光催化过程中,二氧化碳C-O键的断裂和C-C键的生成是生成乙烷和乙烯的关键。
        Ti3C2(MXene)是一种过渡金属碳化物,具有二维的结构,其优异的电子导电性和较大的功函数使其能够在光催化过程中捕获光生电子,因此光生电子能够快速地转移到Ti3C2表面进行还原反应。通过HCl和LiF的刻蚀,结合超声剥离可以得到单层Ti3C2纳米片,Ti3C2纳米片可以堆叠成二维Ti3C2膜。片与片之间的层间和间隙有利于二氧化碳在膜中的传质与接触。二维Ti3C2膜制备简单,能够独立成膜,在光催化领域具有广泛的应用前景。TiO2是一种典型的金属氧化物半导体,具有较强的还原能力,能够满足将二氧化碳光催化还原的热力学要求,具有廉价、无毒、化学性质稳定等优点。
        光催化二氧化碳还原反应的关键在于光生电子和空穴的分离,选择合适的光催化剂和助催化剂能够高效稳定的将二氧化碳光催化还原。传统的粉末光催化剂在光催化二氧化碳还原的过程中,存在操作复杂、催化剂回收困难、二氧化碳传质与接触不佳等问题。

技术优势:
        采用TiO2/Ti3C2光催化膜进行气-固相光催化反应,光催化膜的窄孔道,有利于提高二氧化碳与催化剂的接触效率和还原反应活性,并促进C-C偶联反应,进而能够将二氧化碳还原为一氧化碳、甲烷以及乙烷和乙烯等C2+产物,提供了一种光催化二氧化碳还原的方法。
主要优点:
        1.TiO2/Ti3C2光催化膜能独立成膜,光催化反应操作简单,便于回收。
        2.TiO2/Ti3C2光催化膜内部的窄孔道有利于提高二氧化碳与催化剂的接触效率,进而提高光催化二氧化碳还原反应的活性。
        3.TiO2/Ti3C2光催化膜能促进C-C偶联反应,可将二氧化碳还原为乙烷和乙烯等C2+产物。
        4.TiO2/Ti3C2光催化膜也减少了催化剂颗粒的聚集,更容易的进行光催化二氧化碳还原反应和催化剂的回收。

发明专利(授权)

碳减排→二氧化碳捕获与利用→二氧化碳捕获与存储