多活性位卟啉铜原子层PML-Cu/Bi12O17Br2催化剂的制备方法及光催化CO2还原应用

本发明属于催化材料制备及其光催化应用领域，涉及一种多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂的制备方法，并用于光催化co2还原的应用。

背景技术：

1、受绿色植物光合作用启发，光催化co2还原利用清洁太阳能实现co2的绿色转化利用，有助于缓解温室效应以及化石能源问题，被认为是co2绿色利用的有效策略之一。该技术路径的实现有望为碳基化学品的合成提供一条非化石能源途径。

2、bi12o17br2是一种新兴的半导体材料，因其独特的层状结构、多样的原子配位形式及易于调变的能带特性被用于光催化co2还原研究。然而，受制于表面活性位点不足的缺点，bi12o17br2单体催化剂光催化co2还原的效率较低，难以满足实际应用需求。通过在其表面引入金属卟啉原子层，能够赋予卤氧铋催化剂表面高密度的金属催化位点，从而显著提升催化剂对co2的吸附活化能力。最终实现光催化剂高转化率、高选择性还原co2生成co。目前，国内外均无相关报道。

技术实现思路

1、针对现有卤氧铋光催化剂表面活性位点不足的难题，本发明提供了一种多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂的制备方法及光催化co2还原应用。本发明目的旨在通过构建表面高密度活性位点进而显著提升光催化剂光催化co2还原的效率，推动co2的资源化利用。

2、本发明的技术方案如下：

3、多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂的制备方法，步骤如下：

4、步骤(1)bi12o17br2材料的制备：

5、将bi(no3)3·5h2o和聚乙烯吡咯烷酮溶解在甘露醇溶液中，加入br源溶液并调节反应溶液的ph，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中恒温加热，离心收集，用水和无水乙醇洗涤以除去杂质，真空干燥，得到bi12o17br2材料。

6、步骤(2)四羧基苯基卟啉铜cu-tcpp基单原子层材料pml-cu的制备：

7、将n,n-二甲基甲酰胺dmf和无水乙醇etoh配置成分散液；

8、分散液中加入cu(no3)3·3h2o、甲酸和聚乙烯吡咯烷酮，混匀形成溶液a；

9、将cu-tcpp加入分散液，充分混匀形成溶液b。

10、溶液b加入溶液a中并持续搅拌，待充分混合后定容，转移至反应釜中加热反应，反应后将沉淀物多次洗涤直至离心后形成透明上清液，将沉淀再次分散后，旋转蒸发仪干燥，收集产物pml-cu。

11、步骤(3)pml-cu/bi12o17br2催化剂的制备：

12、将bi12o17br2分散在乙醇中，再加入pml-cu，持续油浴回流并剧烈搅拌，离心经去离子水和无水乙醇多次清洗，最后离心收集沉淀真空干燥，得到产物pml-cu/bi12o17br2催化剂。

13、步骤(1)中，bi在甘露醇溶液中的含量为0.01-0.1mol/l，聚乙烯吡咯烷酮在甘露醇溶液中的含量为1-20g/l，br源溶液中的br浓度为0.1-0.2m；甘露醇溶液与br源溶液的体积比为20:1-2:1；

14、ph的调节范围为10-13.5；加热温度为90-180℃，时间为5-24h。

15、步骤(2)中，分散液中，dmf和etoh的体积比为1:1-5:1；

16、定容后的溶液中，cu(no3)3·3h2o的含量为0.1-0.5g/l，甲酸的含量为0.1-0.5v％，聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.5-2g/l；cu-tcpp的含量为0.1-0.5g/l；

17、反应温度为60-120℃，反应时间为1-6h。

18、步骤(3)中，pml-cu的加入量为bi12o17br2质量的0.1-2％；

19、回流反应温度为50-150℃，反应时间为5-24h。

20、本发明得到的多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂，主体结构为bi12o17br2纳米管材料，其表面包覆高密度分散cu原子的pml-cu。

21、利用本发明所制得的pml-cu/bi12o17br2材料用于光催化co2还原制co的用途。

22、本发明的有益效果为：

23、与现有技术相比，pml-cu/bi12o17br2的制备可实现光催化剂表面高密度活性位点的构建，进而显著提升材料光催化co2还原为co性能，其选择性可达100％，为碳基化学品的制备提供了新途径。

技术特征：

1.多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，bi在甘露醇溶液中的含量为0.01-0.1mol/l，聚乙烯吡咯烷酮在甘露醇溶液中的含量为1-20g/l，br源溶液中的br浓度为0.1-0.2m；甘露醇溶液与br源溶液的体积比为20:1-2:1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应溶液的ph的调节范围为10-13.5。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加热的温度为90-180℃，加热的时间为5-24h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散液中，dmf和etoh的体积比为1:1-5:1。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，定容后的溶液中，cu(no3)3·3h2o的含量为0.1-0.5g/l，甲酸的含量为0.1-0.5v％，聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.5-2g/l；cu-tcpp的含量为0.1-0.5g/l。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，反应温度为60-120℃，反应时间为1-6h。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，pml-cu的加入量为bi12o17br2质量的0.1-2％；回流的温度为50-150℃，回流的时间为5-24h。

9.多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述方法制备而得，主体结构为bi12o17br2纳米管材料，其表面包覆高密度分散cu原子的pml-cu。

10.权利要求9所述的多活性位卟啉铜原子层pml-cu/bi12o17br2催化剂用于光催化co2还原制co的用于。

技术总结
本发明属于催化材料制备及其光催化应用领域，公开了一种多活性位卟啉铜原子层PML‑Cu/Bi<subgt;12</subgt;O<subgt;17</subgt;Br<subgt;2</subgt;催化剂的制备方法及光催化CO<subgt;2</subgt;还原应用。通过在Bi<subgt;12</subgt;O<subgt;17</subgt;Br<subgt;2</subgt;表面包覆金属卟啉原子层PML‑Cu实现其表面高密度活性位点的构建，进而显著提升材料光催化CO<subgt;2</subgt;还原性能。本发明所使用的活性位点构建方法简单高效，所制得的PML‑Cu/Bi<subgt;12</subgt;O<subgt;17</subgt;Br<subgt;2</subgt;材料具有增强的光催化CO<subgt;2</subgt;生成CO能力，产物选择性达100％。本发明拓宽了新型功能化光催化剂的制备方法及其在CO<subgt;2</subgt;资源化领域的应用，具有极好的前景。

技术研发人员：夏杰祥,张屹,王可可,李利娜,韦天歌,佘远斌,李华明
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19