本技术涉及碳中和技术,介绍了一种新型黑色二氧化钛钌纳米颗粒复合材料及其制备方法和应用。该催化剂利用硼氢化钠改性技术调整二氧化钛电子结构,形成特殊的Ti-H键,增强其催化性能。该材料在碳中和领域具有广泛的应用前景。
背景技术
二氧化碳是一种重要的温室气体,同时也是一种潜在的化工和能源材料。作为地球碳循环中的重要中间体,二氧化碳既是无机-有机碳循环的桥梁,也是植物光合作用不可或缺的原料。通过还原二氧化碳可以制备甲烷、甲醇、一氧化碳等多种高值化学品。其中,一氧化碳不仅是合成气的重要组成部分,还是高级烷烃和其他化工产品制备的基础原料,广泛应用于费托合成等工业过程中。
当前,二氧化碳还原制备甲烷或一氧化碳等高值产物的工业技术主要依赖热催化反应。通过在高温高压条件下,使用Fe基、Co基、Pt基或Ru基催化剂,可以有效地将二氧化碳转化为目标产物。然而,热催化过程需要大量化石能源供能,不仅难以实现全过程碳中和,还会因化石能源的燃烧带来额外的二氧化碳排放。因此,开发以清洁能源驱动的二氧化碳还原技术对缓解气候变化和能源危机具有重要意义。
太阳能作为一种清洁的可再生能源,因其丰富性和可持续性受到广泛关注。虽然太阳能光热发电和热水器技术已经较为成熟,但直接将太阳能转化为化学能驱动反应仍然是技术难题。光热催化技术作为一种结合光电效应与热能效应的综合技术,能够利用全谱太阳光,通过高频光子生成光生载流子和低频光子加热催化剂表面,实现协同催化效应。然而,现有技术中,如何通过光热催化实现对二氧化碳分子选择性还原,尤其是在甲烷和一氧化碳等产物之间调控选择性,仍然是一个未解的核心科学问题。
钌基催化剂被广泛认为是二氧化碳还原反应的高效催化剂,但其对产物选择性的调控高度依赖载体的性质。传统未改性载体上的钌催化剂通常倾向于生成甲烷,而对于制备一氧化碳的需求,则需要对载体进行精确的电子结构和表面活性位点调控。如果能够通过载体改性逆转钌基催化剂的产物选择性,从而在常压条件下高效还原二氧化碳为一氧化碳,将极大地提高光热催化技术在碳中和领域的应用潜力,并为绿色化学合成提供一种全新的解决方案。
实现思路