稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化CO2还原性能的方法及应用

本发明属于光催化co2还原领域，具体涉及一种稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法及应用。

背景技术：

1、气候变化是人类社会普遍存在的问题。目前，大气中较高浓度的co2主要积累在对流层中，这也是全球变暖和气候变化的主要原因之一。因此，人们开始寻找一种可以降低大气中co2浓度的方法，包括co2的捕集与转化、封存和转化为有价值的物质。

2、目前已经开发了多种光催化剂用于太阳能转化，包括金属氧化物(tio2、zno、sno2等)，金属硫化物(cds、zns、mos2等)，金属有机框架材料(mofs)、二维材料(mxene)以及abx3型钙钛矿光催化剂等新型纳米材料。

3、稀土掺杂是一种常用的催化剂改性方法，稀土元素具有丰富的电子能级和4f电子跃迁特性，作为掺杂剂可引入电子陷阱能级，降低电子-空穴对复合率，增强光吸收能力，从而显著提高光催化活性，所以稀土元素在光催化剂改性方面受到越来越多的重视。

4、二氧化碳的转化目前以光催化、电催化、热催化为主，其中光催化二氧化碳还原消耗的能量最低，因此备受研究者的青睐。对于光催化二氧化碳还原技术，开发一种效率高、稳定性高且产物可控的光催化剂是实现高效二氧化碳转化的关键步骤。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法及应用，所制备的产物能够呈现出更高的还原性和更好的稳定性，且吸附co2的能力更强，能有效地实现co2高效转化。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、1)取4-6g氢氧化钠配成30ml氢氧化钠溶液置于聚四氟乙烯内衬中，向其中加入1.4700-1.4755g的硝酸铅得到溶液a；

4、2)依次向溶液a中加入0.015-0.1g的稀土元素和0.003-0.005mol的钛酸四丁酯得溶液b；

5、3)将放置有溶液b的聚四氟乙烯内衬置入超声机中超声处理，搅拌后置于反应釜中在180-200℃反应后并随炉冷却；

6、4)将冷却后的沉淀物用去离子水清洗至中性，并放入烘箱中烘干；

7、5)将烘干后的产物置于马弗炉中于800-900℃煅烧后得到表面处理后的掺杂稀土元素的钛酸铅纳米颗粒。

8、所述步骤2)的稀土元素为硝酸镧六水合物，硝酸镨六水合物，硝酸钐六水合物，硝酸镝六水合物或硝酸铥五水合物。

9、所述步骤3)将放置有溶液b的聚四氟乙烯内衬置入100w超声机中超声处理15-25min后搅拌2h后置于反应釜。

10、所述步骤3)的反应时间为12～24h。

11、所述步骤4)放入烘箱中以60-65℃烘干。

12、所述步骤5)煅烧时间为10～12h。

13、按以上方法得到的稀土元素掺杂后的钛酸铅纳米颗粒用于光催化co2还原反应。

14、本发明在pbtio3纳米颗粒中掺杂不同的稀土元素，使得pbtio3作为催化剂的光催化co2还原性能明显提升，通过将稀土元素掺杂到pbtio3纳米颗粒中，使得催化剂可以生成co和ch4，且还原产物的产率均得到提升。将其应用于太阳光驱使的co2资源化应用，能够降低大气中co2浓度和缓解对化石燃料的依赖性。

15、本发明采用光催化的方法转化co2，与其他方法相比，co2光催化还原为甲烷(ch4)、一氧化碳(co)、甲醇(ch3oh)、甲酸(hcooh)、乙醇(c2h5oh)、甲醛(hcho)等可以在环境温度和压力下进行的条件和具有大量可持续的能量等优势，是缓解和破译大气co2导致全球变暖相关问题的有利选择。

16、本发明在pbtio3纳米颗粒中掺杂不同的稀土元素，使得pbtio3作为催化剂的光催化co2还原性能明显提升，通过将稀土元素掺杂到pbtio3纳米颗粒中，使得催化剂可以生成co和ch4，且还原产物的产率均得到提升。将其应用于太阳光驱使的co2资源化应用，能够降低大气中co2浓度和缓解对化石燃料的依赖性。

技术特征：

1.稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，所述步骤2)的稀土元素为硝酸镧六水合物，硝酸镨六水合物，硝酸钐六水合物，硝酸镝六水合物或硝酸铥五水合物。

3.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，所述步骤3)将放置有溶液b的聚四氟乙烯内衬置入100w超声机中超声处理15-25min后搅拌2h后置于反应釜。

4.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，所述步骤3)的反应时间为12～24h。

5.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，所述步骤4)放入烘箱中以60-65℃烘干。

6.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂提高钛酸铅纳米颗粒光催化co2还原性能的方法，其特征在于，所述步骤5)煅烧时间为10～12h。

7.一种如权利要求1至6中任意一项所述方法得到的稀土元素掺杂后的钛酸铅纳米颗粒用于光催化co2还原反应。

技术总结本发明公开了一种通过掺杂稀土元素提高钛酸铅纳米颗粒光催化CO2还原性能的方法及应用。通过水热法制备了钙钛矿相钛酸铅纳米颗粒：以硝酸铅作为铅源，分别加入不同种类的稀土元素，将其溶解至氢氧化钠溶液中；以钛酸四丁酯作为钛源；将两种溶液充分混合后，经过水热反应得到钙钛矿相钛酸铅纳米颗粒。在光催化CO2还原反应中，掺杂稀土元素的样品与未掺杂的钛酸铅纳米颗粒相比，呈现更高的还原性和更好的产物稳定性，且吸附CO2的能力更强，能有效地实现CO2气体的转化。技术研发人员：黄雨欣,阙美丹,师若陈,夏艺菲,石小佳,晁卓轩,孙逊,徐军受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23