本發(fā)明涉及光催化劑制備，具體涉及一種應(yīng)力可調(diào)的一維溴化鉛銫（cspbbr3）基鈣鈦礦納米線光催化劑、制備方法及其在還原二氧化碳中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、光催化作為一項(xiàng)綠色可持續(xù)的技術(shù)，以大氣中溫室氣體（如co2）的累積為例，光催化技術(shù)能有效的將co2還原為具有經(jīng)濟(jì)附加價(jià)值的產(chǎn)物co、ch4等，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減污、降碳的效果。然而，作為光催化還原co2技術(shù)中最重要的一環(huán)，半導(dǎo)體光催化劑的性能仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)預(yù)期，其中很重要的一點(diǎn)是因?yàn)榘雽?dǎo)體光催化劑中光生載流子的嚴(yán)重復(fù)合，使得參與催化反應(yīng)的電子空穴數(shù)量大大降低。

2、鈣鈦礦納米晶因其獨(dú)特的光電性質(zhì)在相關(guān)領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注，近年來(lái)其在光催化co2還原領(lǐng)域也有一定的報(bào)道，表明鈣鈦礦納米晶在該領(lǐng)域具有較大的潛力。盡管如此，鈣鈦礦基納米光催化劑的性能仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，光生載流子的復(fù)合等問(wèn)題仍然是不可避免的難點(diǎn)之一。為了解決這一難題，通常使用的方法有摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑、負(fù)載助催化劑等，然而這些方法往往都需要復(fù)雜的制備工藝以及界面匹配程度難以控制等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種應(yīng)力大小可調(diào)的一維cspbbr3基鈣鈦礦納米線光催化劑、制備方法及其在還原二氧化碳中的應(yīng)用，以解決背景技術(shù)中所述的問(wèn)題。

2、為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.將銫源加入十八烯中，隨后向其中加入油酸，然后抽真空處理并加熱，接著再將溫度升直至固體完全溶解，獲得含銫源的溶液；

5、s2.將鉛源加入十八烯中，隨后向其中加入油胺與辛胺配體，然后抽真空處理，接著再將溫度提升，保溫一定時(shí)間后，制得含鉛源的溶液；

6、s3.取一定量含銫源的溶液快速加入至含鉛源的溶液中進(jìn)行反應(yīng)，接著進(jìn)行淬滅反應(yīng)；

7、s4.將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行離心，后續(xù)離心使用溶劑再次進(jìn)行離心，制得應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑，該光催化劑具有曲率可調(diào)節(jié)的彎曲應(yīng)力結(jié)構(gòu)，所述的彎曲應(yīng)力結(jié)構(gòu)為彎曲環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

8、進(jìn)一步地，步驟s1中所述的銫源為碳酸銫；步驟s2中所述的鉛源包括氯化鉛、溴化鉛、碘化鉛中的一種或多種。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中所述的含銫源的溶液的制備方法，包括以下步驟：將400?mg銫源加入15?ml十八烯中，隨后向其中加入1.2?ml油酸，然后抽真空處理并加熱至120℃，1?h后再將溫度升至150℃直至固體完全溶解，獲得含銫源的溶液。

10、進(jìn)一步地，步驟s2中所述的含鉛源的溶液的制備方法，包括以下步驟：將138?mg鉛源加入16?ml十八烯中，隨后向其中加入2?ml油胺與0.4?ml辛胺，然后抽真空處理，1?h后再將溫度提升至120℃，保持15?min后，制得含鉛源的溶液。

11、進(jìn)一步地，步驟s3中銫源與鉛源的比例為1:1-1:2。

12、進(jìn)一步地，步驟s3中具體為：取0.8/1.5?ml的含銫源的溶液快速加入至含鉛源的溶液中，反應(yīng)50?min后，使用冰水浴或在室溫下淬滅反應(yīng)。

13、進(jìn)一步地，步驟s4中具體為：將反應(yīng)后的溶液在7000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10?min，后續(xù)離心使用正己烷作為溶劑，再次在7000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10?min，一共洗滌3次。

14、本發(fā)明還提供一種應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑，該光催化劑主要成分為cspbbr3，其中包含少量的cspb2br5。

15、本發(fā)明還提供一種應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的應(yīng)用，應(yīng)用于光催化二氧化碳還原中。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突破性進(jìn)展體現(xiàn)在多個(gè)維度上，不僅深刻地革新了光催化劑的設(shè)計(jì)與合成策略，還極大地推動(dòng)了光催化二氧化碳還原技術(shù)向更高效、更可控的方向邁進(jìn)。具體而言，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其帶來(lái)的顯著進(jìn)步具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

17、1.光生載流子分離效率的飛躍性提升。

18、傳統(tǒng)光催化劑在面臨光生電子-空穴對(duì)快速?gòu)?fù)合的挑戰(zhàn)時(shí)，往往難以有效分離這些載流子，從而限制了其光催化活性的進(jìn)一步提升。而本發(fā)明通過(guò)精心設(shè)計(jì)的應(yīng)力工程，在cspbbr3基鈣鈦礦納米線中引入了應(yīng)力效應(yīng)，這一創(chuàng)新舉措顯著改善了光生載流子的傳輸路徑，有效抑制了它們的復(fù)合過(guò)程。與無(wú)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的一維cspbbr3基鈣鈦礦納米線光催化劑相比，應(yīng)力調(diào)控下的納米線展現(xiàn)出了更高的光生載流子分離效率，這一進(jìn)步直接轉(zhuǎn)化為光催化二氧化碳還原反應(yīng)中更快的反應(yīng)速率，為實(shí)現(xiàn)高效、低能耗的二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)辟了新途徑。

19、2.光催化性能的大幅增強(qiáng)。

20、光催化二氧化碳還原技術(shù)的核心在于如何高效、穩(wěn)定地將溫室氣體二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品或燃料。本發(fā)明的cspbbr3基鈣鈦礦納米線光催化劑，在應(yīng)力調(diào)控的作用下，不僅提升了光吸收效率和光生載流子的分離效率，還優(yōu)化了催化劑表面的反應(yīng)活性位點(diǎn)，使得其對(duì)二氧化碳分子的吸附與活化能力顯著增強(qiáng)。這一系列連鎖反應(yīng)直接導(dǎo)致了光催化二氧化碳還原性能的顯著提升，包括但不限于更高的產(chǎn)物選擇性、更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及更長(zhǎng)的催化劑使用壽命，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

21、3.制備方法的創(chuàng)新與簡(jiǎn)化。

22、傳統(tǒng)鈣鈦礦基催化劑的制備往往涉及復(fù)雜的工藝流程和苛刻的反應(yīng)條件，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還限制了催化劑的規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明則通過(guò)一種簡(jiǎn)單且易于控制的反應(yīng)條件調(diào)整策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一維鈣鈦礦納米線應(yīng)力大小的精準(zhǔn)調(diào)控。這一創(chuàng)新制備方法不僅簡(jiǎn)化了制備流程，降低了生產(chǎn)成本，還為研究者提供了一種新的思路，即通過(guò)應(yīng)力工程來(lái)調(diào)控催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而優(yōu)化其催化性能。這種靈活多變的制備方法為開(kāi)發(fā)更多高性能的鈣鈦礦基催化劑提供了寶貴的指導(dǎo)和借鑒。

23、綜上所述，本發(fā)明的cspbbr3基鈣鈦礦納米線光催化劑在光生載流子分離效率、光催化性能以及制備方法上均展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s1中所述的銫源為碳酸銫；步驟s2中所述的鉛源包括氯化鉛、溴化鉛、碘化鉛中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s1中所述的含銫源的溶液的制備方法，包括以下步驟：將400?mg銫源加入15?ml十八烯中，隨后向其中加入1.2?ml油酸，然后抽真空處理并加熱至120℃，1?h后再將溫度升至150℃直至固體完全溶解，獲得含銫源的溶液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s2中所述的含鉛源的溶液的制備方法，包括以下步驟：將138?mg鉛源加入16?ml十八烯中，隨后向其中加入2?ml油胺與0.4?ml辛胺，然后抽真空處理，1?h后再將溫度提升至120℃，保持15?min后，制得含鉛源的溶液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s3中銫源與鉛源的比例為1:1-1:2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s3中具體為：取0.8/1.5?ml的含銫源的溶液快速加入至含鉛源的溶液中，反應(yīng)50?min后，使用冰水浴或在室溫下淬滅反應(yīng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s4中具體為：將反應(yīng)后的溶液在7000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10?min，后續(xù)離心使用正己烷作為溶劑，再次在7000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10?min，一共洗滌3次。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法制備的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑，其特征在于：該光催化劑主要成分為cspbbr3，其中包含少量的cspb2br5。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求8或9所述應(yīng)力可調(diào)的溴化鉛銫基鈣鈦礦納米線光催化劑的應(yīng)用，其特征在于：應(yīng)用于光催化二氧化碳還原中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種溴化鉛銫基鈣鈦礦納米光催化劑、制備方法及其應(yīng)用，該催化劑的制備包括以下步驟：S1.將銫源加入十八烯中，隨后向其中加入油酸，然后抽真空處理并加熱，接著再將溫度升直至固體完全溶解，獲得含銫源的溶液；S2.將鉛源加入十八烯中，隨后向其中加入油胺與辛胺配體，然后抽真空處理，接著再將溫度提升，保溫一定時(shí)間后，制得含鉛源的溶液；S3.控制含銫源的溶液加入量與含鉛源的溶液進(jìn)行反應(yīng)，接著控制條件進(jìn)行淬滅反應(yīng)；S4.將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行離心，后續(xù)離心使用溶劑再次進(jìn)行離心，制得光催化劑。本發(fā)明的具有應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦納米線催化劑應(yīng)用于光催化還原二氧化碳，活性最高是無(wú)應(yīng)力鈣鈦礦納米線的5倍。

技術(shù)研發(fā)人員：盛劍平,石恒,何燁,孫艷娟,董帆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（湖州）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19