中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光催化技術領域，主要提供一種花狀形貌Bi2MoO6光催化材料的制備 及其光催化還原CO 2制備甲醇和乙醇的方法。
【背景技術】
[0002] 當前世界能源消耗的80%仍來自于以石油、煤、天然氣為主的化石能源。持續增加 的化石能源消耗不但導致大氣中以〇) 2為主的溫室氣體濃度急劇增加，更造成當今社會的 能源危機。但作為溫室氣體的同時，〇)2也是無毒、儲量豐富的Cl資源。因此如能將CO 2有 效轉化為清潔能源，是解決目前CO2所造成溫室效應及化石燃料過度消耗所造成能源危機 的有效途徑。雖然目前〇) 2可通過化學方法轉化為二甲醚、碳酸酯、水楊酸、尿素、合成氣等 多種基礎化工原料和中間體，但轉化過程中活化〇) 2所需的大量能量絕大部分依然需要消 耗化石能源來提供。這就無法有效實現ay咸排和緩解能源危機。
[0003] 太陽光是地球上最為清潔、廉價、豐富的能源。如利用太陽能實現對〇)2的光催化 轉化，則可真正實現〇)2的減排和碳資源循環利用的同步完成，有效緩解溫室效應和碳源危 機。近年來，人們利用光催化劑如Ti02、CdS、ZnO、Cu20、SiC、C3N 4、103等，可成功將CO 2轉 化為甲烷、甲醇、甲酸等高能碳氫化合物。其中TiO2由于價格低廉、性能穩定成為最為廣泛 研究的光催化劑之一。但其最大的缺點是TiO 2只對占太陽能不到5%的紫外光(波長〈400 rim)有作用，在占太陽能43%的可見光條件下光電轉化率低、催化效果差。因此，開發在可見 光條件下有效光催化還原〇) 2的光催化材料已成為目前人們研究的重點。
[0004] 作為典型的Aurivillius氧化物，Bi2MoO6是一種具有窄帶隙（Eg = 2. 63 eV)的 半導體，能夠直接吸收利用約占太陽光50%的可見光，對太陽光有較好的吸收性能。近年來 已被廣泛用作光降解有機染料的光催化材料。但目前尚未有利用Bi 2MoO6作為CO 2光還原 催化劑的報道出現。本發明中我們首次利用Bi2MoO6作為光催化劑，在可見光條件下成功將 水介質中的CO 2光催化還原為甲醇和乙醇。此外，為有效提高其光催化活性，我們通過形貌 調節劑的添加成功合成出高比表面積及電子傳輸效率的花狀形貌Bi 2M〇06。

【發明內容】

[0005] 本發明主要提供一種花狀形貌Bi2MoO6光催化材料的制備及其在可見光條件下催 化還原CO 2制備甲醇和乙醇的方法。
[0006] 本發明所述一種花狀Bi2MoO6的制備方法，其特征在于Bi #〇06采用如下步驟制 得： (1) 將硝酸鉍，鉬酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮分別溶解于等體積濃度為I M的!^03溶液中； 其中，硝酸鉍濃度為〇. 2 M，鉬酸鈉濃度為0.1 M，PVP的加入量分別為0-0. 4g，混合上述三 種溶液并轉移至高壓反應釜中，在180 °C條件下水熱反應6-36 h; (2) 水熱反應后的固體通過過濾收集后用去離子水洗滌至中性，在80 °C條件下干燥8 h，即得到扮#〇06催化劑。
[0007] 本發明所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量優選為0. 3 g。
[0008] 本發明所述水熱反應時間優選為24 h。
[0009] 本發明所述合成的花狀形貌的Bi2MoO6光催化劑材料，在可見光條件下可將水介 質中的CO 2光催化還原為甲醇和乙醇。
[0010] 光催化還原CO2的反應條件為：將50mg Bi #〇06和50 mL水加入到石英反應器中， 持續攪拌，反應器置于4 °C的水浴中，將反應器內空氣抽凈之后連續通入100 mL/min CO2 30min后，穩定CO2流量為50 mL/min，用功率300 W的氙燈在波長彡420 nm的條件下照 射分散有扮#〇06的水溶液，光照時間為1-4小時，即制備得到甲醇和乙醇。
[0011] 本發明的技術優勢在于： (1) 調節聚乙烯吡咯烷酮的加入量以及控制水熱反應時間可得到具有較大比表面積的 花狀形貌Bi2MoO6，這使得催化劑具有更豐富的催化活性位點，并且對0) 2有更強的吸附能 力，有利于光催化反應的進行； (2) 特殊的晶體結構對可見光有較強的吸收，在可見光催化還原CO2制備甲醇和乙醇方 面有較高的產率，從而實現CO 2的有效利用和資源化，同時促進CO 2的減排； (3) 本發明的方法在可見光驅動及常壓下即可實施，耗時短、成本低、設備簡單易操作， 且光催化劑可通過抽濾回收再利用，在CO2的有效利用與資源化方面具有重要的潛在應用。
【附圖說明】
[0012] 圖1為聚乙烯吡咯烷酮加入量為0.3g、水熱反應時間為24 h條件下所制得 Bi2MoOj^ XRD 圖。
[0013] 圖2為聚乙烯吡咯烷酮加入量為0.3g、水熱反應時間為24 h條件下所制得 Bi2MoOd^UV-Vis吸收光譜圖。
[0014] 圖3為聚乙烯吡咯烷酮加入量為0.3g、水熱反應時間為24 h條件下所制得 Bi2MoOj^ SEM 圖。
[0015] 圖4為聚乙烯吡咯烷酮加入量為0.3g、水熱反應時間為24 h條件下所制得 Bi2MoOj^ TEM 圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合具體實施例詳細說明本發明的實施方案和有益效果，以幫助閱讀者了解 本發明的技術特征和所帶來的意想不到的效果，但不能對本發明的實施范圍構成任何限 定。
[0017] 實施例1 本實施例為花狀形貌Bi2MoO6的制備方法，主要包括如下步驟： 分別稱取五水合硝酸鉍（1.94 g)、鉬酸鈉（0.484 g)和聚乙烯吡咯烷酮0.3 g分別溶 解在20 mL I M的HNO3溶液中，磁力攪拌30 min，混合上述三種溶液，轉移至100 mL反應釜 中，180 °C維持24 h，待反應結束后冷卻至室溫；水熱反應后的固體先用去離子水洗滌至中 性，離心過濾后得到的固體部分在80 °C的烘箱中干燥8 h后取出，即得到花狀形貌Bi2MoO6 催化劑。
[0018] 實施例2 本實施例為不同條件下所制備Bi2MoO6*催化劑的性能評價。
[0019] 可見光催化還原CO2制備碳氫化合物的反應在自制的密閉性石英反應器中進行， 反應器自帶冷卻系統，溫度控制在4 °C以維持反應溫度。在反應器中加入50 mL超純水和 50 mg Bi2MoOf^催化劑，將反應器內空氣抽凈之后連續通入CO2 30min (流速為100 mL/ min)得到飽和的CO2溶液，穩定〇)2流量（50 mL/min)，磁力攪拌，開啟300 W氙燈燈源，波 長彡420 nm，反應4小時后停止光照，液相產物離心分離后，用氣相色譜檢測。不同條件 下合成得到的Bi9MoO fiI催化性能如下表所示
： 實施例3 同實施例2,采用聚乙烯吡咯烷酮加入量為0. 3g、水熱反應時間為24 h條件下所制得 Bi2MoOfi為光催化劑，光照時間分別為1和3小時，光催化性能如下表所示：
以上實施例可以證明，本發明所涉及的花狀形貌的Bi2MoO6M料在可見光催化還原CO 2 制備甲醇和乙醇的反應中顯示較高的光催化活性，這表明本發明達到了既定的發明目的。
【主權項】
1. 一種花狀Bi 2M〇06的制備方法，其特征在于Bi 2M〇06采用如下步驟制得： (1) 將硝酸鉍，鉬酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮分別溶解于等體積濃度為I M的1^03溶液中； 其中，硝酸鉍濃度為〇. 2 M，鉬酸鈉濃度為0.1 M，PVP的加入量分別為0-0. 4g，混合上述三 種溶液并轉移至高壓反應釜中，在180 °C條件下水熱反應6-36 h; (2) 水熱反應后的固體通過過濾收集后用去離子水洗滌至中性，在80 °C條件下干燥8 h，即得到扮#〇06催化劑。2. 根據權利要求1所述的一種花狀Bi 2M〇06的制備方法，其特征在于：所述聚乙烯吡咯 烷酮的加入量優選為0.3 g。3. 根據權利要求1所述的一種花狀Bi 2M〇06的制備方法，其特征在于：水熱反應時間優 選為24 h。4. 一種根據權利要求1所述的花狀Bi 2M〇06的制備在光催化還原CO2中的應用，其特征 在于：所述合成的花狀形貌的Bi 2MoO6光催化劑材料，在可見光條件下可將水介質中的CO 2 光催化還原為甲醇和乙醇。5. 根據權利要求4所述的一種花狀Bi 2M〇06的制備在光催化還原CO 2中的應用，其特 征在于：光催化還原CO2的反應條件為：將50mg Bi #〇06和50 mL水加入到石英反應器中， 持續攪拌，反應器置于4 °C的水浴中，將反應器內空氣抽凈之后連續通入100 mL/min CO2 30min后，穩定CO2流量為50 mL/min，用功率300 W的氙燈在波長彡420 nm的條件下照 射分散有扮#〇06的水溶液，光照時間為1-4小時，即制備得到甲醇和乙醇。
【專利摘要】本發明涉及光催化技術領域，主要提供一種花狀Bi2MoO6的制備及其在光催化還原CO2中的應用，其特征在于：Bi2MoO6光催化劑以硝酸鉍、鉬酸鈉為原料，聚乙烯吡咯烷酮為形貌調節劑，通過水熱法制備而成。在水溶液中，該催化劑在可見光條件下可催化還原CO2制備甲醇和乙醇。本發明的優點是；該光催化劑對CO2的吸附能力強，光量子效率高，在促進CO2減排、開發化石燃料的替代能源以及高效利用太陽能等方面具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】C07C31/04, B01J35/10, C07C31/08, B01J23/31, C07C29/153
【公開號】CN105126821
【申請號】CN201510497285
【發明人】代威力, 羅勝聯, 徐海, 于娟娟, 羅旭彪, 涂新滿
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月14日