通過二氧化碳還原制備甲烷的方法
【專利摘要】本發明涉及一種通過二氧化碳還原制備甲烷的方法。將陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極按照原電池的形式設置，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間，置于陽光下或用人工光源進行照明；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%～45%的AlxGa1-xN（0.1≤x≤0.25）及InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%～95%的GaN與InP復合半導體材料制成的復合半導體；所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述AlxGa1-xN（0.1≤x≤0.25）的表面或部分表面覆有少量鎳金屬粒子。
【專利說明】通過二氧化碳還原制備甲烷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種通過二氧化碳還原制備甲烷的方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中普遍采用半導體材料的光觸媒進行二氧化碳還原反應，但是，只靠對光觸媒材料進行光照，不依靠外電壓，生成氧氣并使二氧化碳發生還原反應的話，不論如何去加速反應，反應效率都無法充分發揮，而且實際上反應得到的生成物很少，無法滿足產業應用。
[0003]為了解決所述問題，人們采用電解法將氧氣的生成反應與二氧化碳的還原反應在不同電極上分開進行的方式，兩側均進行催化光照，然而此時不僅生成氧氣的陽極(光化學電極)需要進行催化光照，陰極也要進行催化光照，因不同的光觸媒需要的光照波長不一致而導致設備上的光照效率分散，至少有一側產生的電量不足，因而至少一個電極需要將太陽能電池與傳統電源等外部電源進行并用。
【發明內容】
[0004]為了解決所述問題，本發明公開了一種實施時陰極電極可以免去光照，而且不必與外部電源并用的實現通過二氧化碳還原制備甲烷的方法。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]所述二氧化碳還原裝置包括:陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%~45%的AlxGa1^xNC0.1≤X≤0.25)及InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%~95%的GaN與InP復合半導體材料制成的復合半導體，上述兩個側面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述陰極電極與所述陽極電極電連接，所述陽極電極上照射有波長在310~315nmnm的光，所述第一電解液中的二氧化碳在陰極電極上進行還原反應；所述AlxGa1^N (0.1 ^ X ^ 0.25)的表面或部分表面覆有少量鎳金屬粒子。
[0007]本發明的還公開了其實施方法:
[0008]將所述陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極按照原電池的形式設置，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間，置于陽光下或用人工光源進行照明；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%~45%的AlxGa^N (0.1 ^ x ^ 0.25)及InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%~95%的GaN與InP復合半導體材料制成的復合半導體，上述兩個側面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述陰極電極與所述陽極電極電連接，所述陽極電極上照射有波長在310~315nmnm的光,所述第一電解液中的二氧化碳在陰極電極上進行還原反應；所述AlxGa1^N(0.1 ^ 0.25)的表面或部分表面覆有少量鎳金屬粒子。
[0009]本發明的有益效果在于提供了一種相對簡便高效的新型二氧化碳還原方法。我們選用了所述的材料作為光觸媒后，其催化產生質子的效率非常高，同時又能提供足夠的電力，此時，當產生了足夠的質子后，通過隔膜進入第一電解液中，使第一電解液中質子濃度大幅提高，因而陰極反應變得更易進行，從而免去陰極所需的光催化，并可減少陰極所需的外部電量，減少后的外電壓通過陽極光照反應后殘余的電量供至陰極即可。同時，本發明的應用環境沒有特殊要求，在常溫常壓下即可完成，方便易行。
[0010]詳細的實施效果數據請參考【具體實施方式】部分。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明所述的裝置的實施結構示意圖。
[0012]附圖標記:1、陰極池；2、陽極池；3、隔膜；4、陰極電極；5、陽極電極。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發明所述二氧化碳還原裝置包括:陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%~45%的AlxGa^N (0.1 ^ x ^ 0.25)及其余部分為InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%~95%的GaN與余部分為InP復合半導體材料制成的復合半導體，上述兩個側面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述陰極電極與所述陽極電極電連接，所述陽極電極上照射有波長在310~315nmnm的光，所述第一電解液中的二氧化碳在陰極電極上進行還原反應。
[0014]實施時，將所述陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極按照原電池的形式設置，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間，置于陽光下或用人工光源進行照明；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%~45%的AlxGai_xN(0.1≤x≤0.25)及InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%~95%的GaN與InP復合半導體材料制成的復合半導體，上述兩個側面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述陰極電極與所述陽極電極電連接，所述陽極電極上照射有波長在310~315nmnm的光，所述第一電解液中的二氧化碳在陰極電極上進行還原反應。在反應的同時繼續向第一電解液中通入二氧化碳。
[0015]利用人工光源實驗，我們測定了在上述環境下二氧化碳的催化反應效果，其測定方式為在反應設備中，用40kg含有少量氯化鉀的飽和碳酸鉀/碳酸氫鉀溶液為第一電解液，同時觀察溶液變化I個PH單位所需的時間t0 (最小單位以IOmin計)。
[0016]需要指出，工業利用時為了連續生產，會在反應時繼續向溶液通入二氧化碳氣體，而進行反應效率測試時在配置好溶液后就不再通入氣體。
[0017]具體數據如下表:
[0018]
【權利要求】
1.一種通過二氧化碳還原制備甲烷的方法，將陰極池、陽極池、隔膜、陰極電極及陽極電極按照原電池的形式設置，所述隔膜設置于所述陰極池及陽極池之間，置于陽光下或用人工光源進行照明；所述陽極電極一側包括將重量分數比為25%~45%的AlxGahN(0.1≤X≤0.25)及InP形成的復合半導體，另一側為將重量分數比為60%~95%的GaN與InP復合半導體材料制成的復合半導體，上述兩個側面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內部裝有與陽極電極接觸的第二電解液，所述第一電解液中溶解有二氧化碳；所述陰極電極與所述陽極電極電連接，所述陽極電極上照射有波長在310~315nmnm的光，所述第一電解液中的二氧化碳在陰極電極上進行還原反應；所述AlxGahN (0.1 ^ X ^ 0.25)的表面或部分表面覆有少量鎳金屬粒子。
2.根據權利要求1所述的通過二氧化碳還原制備甲烷的方法，其特征在于:在反應的同時繼續向第一電解液中通入二氧化碳。
3.根據權利要求1所述的通過二氧化碳還原制備甲烷的方法，其特征在于:所述GaN層為η型或η+型半導體。
4.根據權利要求1所述的通過二氧化碳還原制備甲烷的方法，其特征在于:所述波長在310~315nm的光是以太陽光中的部分波長的光和/或人工光源為光源提供的。
【文檔編號】C25B3/04GK103668310SQ201310549333
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】童華東 申請人:東莞市廣海大橡塑科技有限公司