CN115254138B - 一种Ir-CoO/氧化铝光热催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明涉及光‑热耦合催化CO2加氢技术领域，具体为Ir纳米颗粒负载水滑石衍生的Ir‑CoO/Al2O3光热催化剂及其制备方法和应用。该催化剂中Ir纳米颗粒分散在原位生成的CoO表面，Al2O3作为载体有效地抑制了Ir‑CoO活性中心的团聚。在光照下Ir‑CoO界面诱导产生强局域电场，加速载流子的生成和转移，促进了反应物的活化；同时在强局域电场下，Ir‑CoO表现出协同增强的光热效应，快速升高活性位点周围的温度，提高了反应动力学。因此，该催化剂表现出优异的光‑热耦合催化CO2加氢性能。同时，该催化剂中贵金属含量较低，极大地降低了催化剂的成本，具有良好的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光热耦合催化CO2加氢技术领域，具体为一种Ir纳米颗粒负载水滑石衍生的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法及应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在现有的技术中，光热耦合催化CO2加氢可以在温和反应条件下将CO2转化为高附加值的化学品，是缓解环境污染和能源危机的一条有效途径。在众多CO2加氢产物中，CH4作为一种热值较高的燃料，是天然气的主要成分，已广泛应用于能源密集型应用领域，因此CO2加氢制备CH4具有重要的意义。
贵金属纳米颗粒负载的金属氧化物复合材料是CO2加氢反应中的主流催化剂。贵金属纳米颗粒可以作为活性位点，而载体材料分散了活性位点，减少了纳米颗粒的聚集，使催化剂更加稳定。但是传统的金属氧化物载体对太阳光的吸收能力很低，导致较低的催化活性。因此，开发具有宽太阳光吸收范围和高催化活性的CO2加氢催化剂具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了Ir纳米颗粒负载水滑石衍生的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法及应用。该催化剂具有优异的光吸收能力，可以有效利用太阳光。在光照下，Ir-CoO界面可以诱导产生强局域电场，促进载流子的生成和转移；另外，Ir和CoO的强相互作用增强了界面处的光热效应，有效提高了活性位点的局部温度，进一步促进了反应物的活化。高稳定性的Al2O3纳米片可以有效地抑制Ir-CoO活性中心的团聚，提高催化剂的稳定性。因此，该催化剂表现出高效的催化活性和优异的稳定性。
具体地，本发明的技术方案如下所述：
本发明的第一方面，提供一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，所述Ir-CoO/Al2O3光热催化剂包括Ir纳米颗粒、CoO和Al2O3载体，Ir纳米颗粒分散在原位生成的CoO表面，然后Ir-CoO镶嵌在Al2O3载体上；该光热催化剂为具有三维片层状的多孔材料。
本发明的第二方面，提供上述Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法，采用浸渍法，首先将Ir纳米颗粒负载到钴铝水滑石表面(Ir/CoAl LDH)，然后将Ir/CoAl LDH在氢气氛围下煅烧得到Ir-CoO/Al2O3复合材料。
本发明的第三方面，提供一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂和Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法得到的光热催化剂在光热条件下催化CO2加氢中的应用。
本发明中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：
(1)、本发明采用的光热耦合催化CO2加氢技术可以使CO2在较低温度(100-250℃)和常压下转化为CH4，大大避免了传统热催化反应高温高压带来的能源过度消耗和安全问题。
(2)、0.16wt.％Ir纳米颗粒负载的Ir-CoO/Al2O3催化剂在250℃和光照下表现出优异的CH4产生速率为128.9mmol gcat -1h-1，选择性为92％，CO2转化率为65.5％。
(3)、CoAl LDH容易制得，性质稳定，有利于大批量生产和保存；通过浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAl LDH上，方法简单，操作容易。
(4)、通过煅烧法将Ir/CoAl LDH原位转变成Ir-CoO/Al2O3，在等离子体电场的作用下，Ir-CoO界面能够加速载流子的产生和转移，促进反应物的活化；另外，局域电磁场增强的衰减过程也会导致界面处温度的急剧升高，并且由于Ir纳米颗粒具有较高的热导率，产生的热量能转移到Ir纳米颗粒上。因此，CoO可以作为“纳米加热器”快速提高活性位点周围的温度，提高反应动力学。
(5)、高稳定性的Al2O3纳米片可以有效地抑制Ir-CoO活性中心的团聚，从而保证了复合催化剂的长寿命。
(6)、催化剂中贵金属含量低，成本较低，反应条件温和，操作方便，节约能源，且生产过程中不会产生多余的有害物质，绿色环保，有助于实现工业化生产。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是实施例1制备的Ir-CoO/Al2O3的TEM和HRTEM图。
图2是实施例1制备的Ir/CoAl LDH和Ir-CoO/Al2O3的XRD图。
图3是实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的不同Ir纳米颗粒负载含量的Ir-CoO/Al2O3催化剂以及对比例1和对比例2制备的CoO/Al2O3和Ir/Al2O3催化剂光热催化CO2加氢CH4产生速率随反应温度的变化曲线。
图4是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂光热催化CO2加氢反应过程中CH4选择性和CO2转化率随温度的变化。
图5是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂的热催化和光热催化CO2加氢性能对比。
图6是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂的稳定性测试。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如前文所述，目前CO2加氢存在的问题是反应所需温度和压力较高，转化率和选择性较低，为了解决上述问题，本发明提供了一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂及其制备方法和应用。
在本发明的一种实施方式中，一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，所述Ir-CoO/Al2O3光热催化剂包括Ir纳米颗粒、CoO和Al2O3载体，Ir纳米颗粒分散在原位生成的CoO表面，Ir-CoO镶嵌在Al2O3纳米片上。
Ir-CoO/Al2O3催化剂具有较宽的可见光吸收范围，并能诱导强局域电场加速载流子的产生和转移，进一步促进了反应物的活化。此外，由于局域电场的增强，Ir-CoO表现出协同增强的光热效应，因此CoO可以作为一种光动力的“纳米加热器”来提高Ir活性位点的局域温度，极大地促进了催化反应的进行。
进一步地，以催化剂的质量为100％计，通过电感耦合等离子发射光谱测试得到的Ir纳米颗粒负载量为0.03％-0.23％，其中最佳Ir纳米颗粒负载量为0.16％。该催化剂中贵金属含量较低，能够极大地降低成本。此外，控制金属纳米颗粒的含量有助于提高金属颗粒在载体上的均匀分布，另一方面有助于为反应物提供丰富的吸附位点，提高催化活性。
在本发明的一种实施方式中，Al2O3纳米片的尺寸为2-3um，Ir纳米颗粒的尺寸为1-2.5nm，CoO的尺寸为5-20nm。
在本发明的一种实施方式中，一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法，首先采用水热法分别合成CoAl LDH和Ir纳米颗粒，采用浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAl LDH表面，最后在氢气气氛下煅烧得到Ir-CoO/Al2O3。传统的制备方法中，多数是先制备出金属氧化物，然后再通过浸渍法将金属纳米负载到金属氧化物表面。然而采用原位生长的方法能够提高金属纳米颗粒与金属氧化物的相互作用，减缓甚至避免金属纳米颗粒在反应中的烧结和失活，提高催化剂的稳定性。
在本发明的一种实施方式中，提供上述CoAl LDH的制备方法，包括：将钴盐、铝盐、有机化合物和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成CoAl LDH。
在本发明的一种实施方式中，钴盐、铝盐、有机化合物和有机溶剂的用量分别为1.8-9mmol、0.9-4.5mmol、1.2-6mmol、5-25mmol和15-80mL。
在本发明的一种实施方式中，提供上述Ir纳米颗粒的制备方法，包括：将铱盐、表面活性剂和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成Ir纳米颗粒。
在本发明的一种实施方式中，铱盐、表面活性剂和有机溶剂的用量分别为0.01-0.05mmol、50-200mg和10-40mL。
在本发明的一种实施方式中，所述钴盐为硝酸钴，铝盐为硝酸铝，有机化合物为尿素和氟化铵，有机溶剂为甲醇。
在本发明的一种实施方式中，所述铱盐为氯化铱、醋酸铱和氯铱酸中的一种或几种，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，有机溶剂为乙二醇。
在本发明的一种实施方式中，所述溶剂热法制备CoAl LDH的温度为130-160℃，反应时间为10-18h。
在本发明的一种实施方式中，所述溶剂热法制备Ir纳米颗粒的温度为170-210℃，反应时间为18-24h。
在本发明的一种实施方式中，用浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAl LDH表面的具体过程为：将干燥后的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入Ir纳米颗粒悬浮液，在室温下搅拌，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
在本发明的一种实施方式中，CoAl LDH、Ir纳米颗粒的用量比为100：0.01到100：0.5。
在本发明的一种实施方式中，所述煅烧温度为300-500℃，反应时间为1-3h。
在本发明的一种实施方式中，一种Ir-CoO/Al2O3光热催化剂和/或制备方法得到的光热催化剂在光热条件下催化CO2加氢中的应用。
进一步地，催化条件为：光源为氙灯，波长为420-780nm，工作电流为20A，光强为2W·cm-2，CO2流速为4mL/min，H2流速为16mL/min，反应温度为100-250℃，反应装置为气相流动反应器。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
(1)将7.2mmol硝酸钴、3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到CoAl LDH，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将0.02mmol醋酸铱和100mg PVP K30加入到15mL乙二醇中搅拌至溶解；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移到反应釜中，200℃水热24h，得到Ir纳米颗粒溶液；
(5)称取200mg干燥好的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入1mL Ir纳米颗粒悬浮液，混合溶液在室温下继续搅拌6h，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
(6)将制备的Ir/CoAl LDH放置在马弗炉中，在氢气气氛下450℃煅烧2h得到Ir-CoO/Al2O3催化剂。
图1是实施例1制备的Ir-CoO/Al2O3的TEM和HRTEM图。从TEM图中可以看出Ir纳米颗粒分散在CoO表面而不是Al2O3载体上；在HRTEM图像中，晶面间距为0.22和0.24nm的晶格条纹分别与Ir纳米颗粒的(111)和CoO的(111)晶面对应。图2是实施例1制备的Ir/CoAl LDH和Ir-CoO/Al2O3的XRD图。从图中可以看出经过还原性气氛煅烧后，CoAl LDH发生结构拓扑转变，转变为立方相的CoO和无定形的Al2O3。
图4是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂光热催化CO2加氢反应过程中CH4选择性和CO2转化率随温度的变化。从图中可以看出随着反应温度的升高，CH4选择性和CO2转化率也随着提高，在250℃下表现出最高的CH4选择性为92％，对应的CO2转化率为65.5％。
图5是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂的热催化和光热催化CO2加氢性能对比。从图中可以看出，光热条件下CH4的生成速率几乎是纯热条件下的6.8倍，说明光照可以显著增强热催化反应。
图6是实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂的稳定性测试。从图中可以看出，在持续30小时的反应中，CH4的产率没有明显下降，说明Ir-CoO/Al2O3催化剂是高度稳定的。
实施例2
(1)将7.2mmol硝酸钴、3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到CoAl LDH，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将0.02mmol醋酸铱和100mg PVP K30加入到15mL乙二醇中搅拌至溶解；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移到反应釜中，200℃水热24h，得到Ir纳米颗粒溶液；
(5)称取200mg干燥好的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入2mL Ir纳米颗粒悬浮液，混合溶液在室温下继续搅拌6h，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
(6)将制备的Ir/CoAl LDH放置在马弗炉中，在氢气气氛下450℃煅烧2h得到Ir-CoO/Al2O3催化剂。
实施例3
(1)将7.2mmol硝酸钴、3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到CoAl LDH，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将0.02mmol醋酸铱和100mg PVP K30加入到15mL乙二醇中搅拌至溶解；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移到反应釜中，200℃水热24h，得到Ir纳米颗粒溶液；
(5)称取200mg干燥好的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入0.5mL Ir纳米颗粒悬浮液，混合溶液在室温下继续搅拌6h，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
(6)将制备的Ir/CoAl LDH放置在马弗炉中，在氢气气氛下450℃煅烧2h得到Ir-CoO/Al2O3催化剂。
实施例4
(1)将7.2mmol硝酸钴、3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到CoAl LDH，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将0.02mmol醋酸铱和100mg PVP K30加入到15mL乙二醇中搅拌至溶解；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移到反应釜中，200℃水热24h，得到Ir纳米颗粒溶液；
(5)称取200mg干燥好的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入0.25mL Ir纳米颗粒悬浮液，混合溶液在室温下继续搅拌6h，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
(6)将制备的Ir/CoAl LDH放置在马弗炉中，在氢气气氛下450℃煅烧2h得到Ir-CoO/Al2O3催化剂。
对比例1
(1)将7.2mmol硝酸钴、3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到CoAl LDH，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将制备的CoAl LDH放置在马弗炉中，在氢气气氛下450℃煅烧2h得到CoO/Al2O3催化剂。
对比例2
(1)将3.6mmol硝酸铝、4.8mmol氟化铵和20mmol尿素加入到50mL甲醇溶液中搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，150℃水热12h，得到Al(OH)3前驱体，然后将产物离心洗涤，70℃烘干；
(3)将0.02mmol醋酸铱和100mg PVP K30加入到15mL乙二醇中搅拌至溶解；
(4)将步骤(3)中的混合溶液转移到反应釜中，200℃水热24h，得到Ir纳米颗粒溶液；
(5)称取200mg干燥好的Al(OH)3溶解到乙醇溶液中，然后加入1mL Ir纳米颗粒悬浮液，混合溶液在室温下继续搅拌6h，最后经离心干燥得到Ir/Al(OH)3。
(6)将制备的Ir/Al(OH)3放置在马弗炉中，在氢气气氛450℃煅烧2h得到Ir/Al2O3催化剂。
图3是实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的不同Ir纳米颗粒负载含量的Ir-CoO/Al2O3催化剂以及对比例1和对比例2制备的CoO/Al2O3和Ir/Al2O3催化剂光热催化CO2加氢CH4产生速率随反应温度的变化曲线。从图中可以看出对比例1和对比例2制备的CoO/Al2O3和Ir/Al2O3催化剂表现出非常低的CH4的产生速率，而实施例1-4制备的Ir-CoO/Al2O3催化剂的CH4的产生速率大大提高，表明Ir和CoO的协同作用可以显著提高催化活性。另外，实施例1制备的0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂表现出最佳的催化性能，在250℃和光照下CH4的产生速率高达128.9mmol gcat -1h-1。
光热催化CO2加氢测试：
CO2加氢实验在光热催化微反***中进行，反应体系为流动体系。催化条件为：光源为氙灯，波长为420-780nm，工作电流为20A，光强为2W·cm-2，CO2流速为4mL/min，H2流速为16mL/min反应温度为100-250℃。取质量为50mg的催化剂，与1.2g石英砂充分混合后置于透明的石英管中，将石英管置于加热炉中，通入CO2和H2，打开光源，通过在线连接的气相色谱仪得到CO2和产物的浓度数据，进而比较不同催化剂光热催化CO2加氢活性。其中，0.16％Ir-CoO/Al2O3催化剂表现出最佳的CO2加氢活性，在250℃和光照条件下，CH4的产生速率为128.9mmol gcat -1h-1。不同催化剂光热催化CO2加氢性能从高到低依次为0.16％Ir-CoO/Al2O3>0.23％Ir-CoO/Al2O3>0.07％Ir-CoO/Al2O3>0.03％Ir-CoO/Al2O3>CoO/Al2O3>0.16％Ir/Al2O3。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，其特征在于，所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂包括Ir纳米颗粒、CoO和Al2O3载体，Ir纳米颗粒分散在原位生成的CoO表面，Ir-CoO镶嵌在Al2O3纳米片上；
所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法为，首先采用水热法分别合成CoAl LDH和Ir纳米颗粒，采用浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAl LDH表面，最后在氢气气氛下煅烧得到用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂；
合成CoAl LDH的方法包括如下步骤：将钴盐、铝盐、有机化合物和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成CoAl LDH，所述钴盐为硝酸钴，铝盐为硝酸铝，有机化合物为尿素和氟化铵，有机溶剂为甲醇；
Ir纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：将铱盐、表面活性剂和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成Ir纳米颗粒，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP。
2.根据权利要求1所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，其特征在于，以Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的质量为100％计，Ir纳米颗粒负载量为0.03％-0.23％。
3.根据权利要求2所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，其特征在于，Ir纳米颗粒负载量为0.16％。
4.根据权利要求1所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂，其特征在于，Al2O3纳米片的尺寸为2-3μm，Ir纳米颗粒的尺寸为1-2.5nm，CoO的尺寸为5-20nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂的制备方法，其特征在于，首先采用水热法分别合成CoAl LDH和Ir纳米颗粒，采用浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAl LDH表面，最后在氢气气氛下煅烧得到用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，合成CoAl LDH的方法包括如下步骤：将钴盐、铝盐、有机化合物和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成CoAlLDH；
所述钴盐为硝酸钴，铝盐为硝酸铝，有机化合物为尿素和氟化铵，有机溶剂为甲醇。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，硝酸钴为1.8-9mmol、硝酸铝为0.9-4.5mmol、氟化铵为1.2-6mmol、尿素为5-25mmol、甲醇为15-80mL。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，溶剂热法制备CoAl LDH的温度为130-160℃，反应时间为10-18h。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，Ir纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：将铱盐、表面活性剂和有机溶剂均匀混合，通过溶剂热法合成Ir纳米颗粒；
所述铱盐为氯化铱、醋酸铱和氯铱酸中的一种或几种；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP；有机溶剂为乙二醇。
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，所述铱盐为醋酸铱；表面活性剂为PVPK30。
11.根据权利要求10所述制备方法，其特征在于，醋酸铱的用量为0.01-0.05mmol、PVPK30的用量为50-200mg和乙二醇的用量为10-40mL。
12.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，溶剂热法制备Ir纳米颗粒的温度为170-210℃，反应时间为18-24h。
13.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，用浸渍法将Ir纳米颗粒负载到CoAlLDH表面的具体过程为：将干燥后的CoAl LDH溶解到乙醇溶液中，然后加入Ir纳米颗粒悬浮液，在室温下搅拌，最后经离心干燥得到Ir/CoAl LDH。
14.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为300-500℃，煅烧时间为1-3h。
15.一种如权利要求1-4任一项所述用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂和/或权利要求5-14任一项所述制备方法制备得到的用于催化CO2加氢的Ir-CoO/Al2O3光热催化剂在光热条件下催化CO2加氢中的应用。
16.根据权利要求15所述应用，其特征在于，催化条件为：光源为氙灯，波长为420-780nm，工作电流为20A，光强为2W·cm-2，CO2流速为4mL/min，H2流速为16mL/min，反应温度为100-250℃，反应装置为气相流动反应器。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104016825A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-09-03 | 天津大学 | 一种利用太阳光和光热催化剂直接转化二氧化碳制备有机燃料的技术 |
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| CN104016825A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-09-03 | 天津大学 | 一种利用太阳光和光热催化剂直接转化二氧化碳制备有机燃料的技术 |
| CN108465472A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-31 | 北京化工大学 | 一种水滑石负载钯基合金催化剂及其制备方法 |
| CN108940308A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-07 | 福州大学 | 一种铂钴复合金属光热催化剂的制备及其在甲烷二氧化碳重整中的应用 |
| CN110918097A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光热催化一氧化碳加氢制备高碳烃用钴基催化剂及其制备方法和应用 |
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