通過二氧化碳還原制備甲烷的方法
【專利摘要】本發(fā)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(shè)置，所述隔膜設(shè)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(jìn)行照明；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%～45%的AlxGa1-xN（0.1≤x≤0.25）及InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%～95%的GaN與InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體；所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過二氧化碳還原制備甲烷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用半導(dǎo)體材料的光觸媒進(jìn)行二氧化碳還原反應(yīng)，但是，只靠對光觸媒材料進(jìn)行光照，不依靠外電壓，生成氧氣并使二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)的話，不論如何去加速反應(yīng)，反應(yīng)效率都無法充分發(fā)揮，而且實(shí)際上反應(yīng)得到的生成物很少，無法滿足產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(yīng)與二氧化碳的還原反應(yīng)在不同電極上分開進(jìn)行的方式，兩側(cè)均進(jìn)行催化光照，然而此時(shí)不僅生成氧氣的陽極(光化學(xué)電極)需要進(jìn)行催化光照，陰極也要進(jìn)行催化光照，因不同的光觸媒需要的光照波長不一致而導(dǎo)致設(shè)備上的光照效率分散，至少有一側(cè)產(chǎn)生的電量不足，因而至少一個(gè)電極需要將太陽能電池與傳統(tǒng)電源等外部電源進(jìn)行并用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決所述問題，本發(fā)明公開了一種實(shí)施時(shí)陰極電極可以免去光照，而且不必與外部電源并用的實(shí)現(xiàn)通過二氧化碳還原制備甲烷的方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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(shè)置于所述陰極池及陽極池之間；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%~45%的AlxGa1^xNC0.1≤X≤0.25)及InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%~95%的GaN與InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體，上述兩個(gè)側(cè)面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(jìn)行還原反應(yīng)；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(fā)明的還公開了其實(shí)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(shè)置，所述隔膜設(shè)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(jìn)行照明；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%~45%的AlxGa^N (0.1 ^ x ^ 0.25)及InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%~95%的GaN與InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體，上述兩個(gè)側(cè)面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(jìn)行還原反應(yīng)；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(fā)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(chǎn)生質(zhì)子的效率非常高，同時(shí)又能提供足夠的電力，此時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生了足夠的質(zhì)子后，通過隔膜進(jìn)入第一電解液中，使第一電解液中質(zhì)子濃度大幅提高，因而陰極反應(yīng)變得更易進(jìn)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(yīng)后殘余的電量供至陰極即可。同時(shí)，本發(fā)明的應(yīng)用環(huán)境沒有特殊要求，在常溫常壓下即可完成，方便易行。
[0010]詳細(xì)的實(shí)施效果數(shù)據(jù)請參考【具體實(shí)施方式】部分?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所述的裝置的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]附圖標(biāo)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(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)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(shè)置于所述陰極池及陽極池之間；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%~45%的AlxGa^N (0.1 ^ x ^ 0.25)及其余部分為InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%~95%的GaN與余部分為InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體，上述兩個(gè)側(cè)面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(jìn)行還原反應(yīng)。
[0014]實(shí)施時(shí)，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(shè)置，所述隔膜設(shè)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(jìn)行照明；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%~45%的AlxGai_xN(0.1≤x≤0.25)及InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%~95%的GaN與InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體，上述兩個(gè)側(cè)面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(jìn)行還原反應(yīng)。在反應(yīng)的同時(shí)繼續(xù)向第一電解液中通入二氧化碳。
[0015]利用人工光源實(shí)驗(yàn)，我們測定了在上述環(huán)境下二氧化碳的催化反應(yīng)效果，其測定方式為在反應(yīng)設(shè)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(shí)觀察溶液變化I個(gè)PH單位所需的時(shí)間t0 (最小單位以IOmin計(jì))。
[0016]需要指出，工業(yè)利用時(shí)為了連續(xù)生產(chǎn)，會在反應(yīng)時(shí)繼續(xù)向溶液通入二氧化碳?xì)怏w，而進(jìn)行反應(yīng)效率測試時(shí)在配置好溶液后就不再通入氣體。
[0017]具體數(shù)據(jù)如下表:
[0018]
【權(quán)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(shè)置，所述隔膜設(shè)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(jìn)行照明；所述陽極電極一側(cè)包括將重量分?jǐn)?shù)比為25%~45%的AlxGahN(0.1≤X≤0.25)及InP形成的復(fù)合半導(dǎo)體，另一側(cè)為將重量分?jǐn)?shù)比為60%~95%的GaN與InP復(fù)合半導(dǎo)體材料制成的復(fù)合半導(dǎo)體，上述兩個(gè)側(cè)面的厚度比為I~1.5:1 ;所述陰極池內(nèi)部裝有與陰極電極接觸的第一電解液，所述陽極池內(nèi)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(jìn)行還原反應(yīng)；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(jù)權(quán)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(yīng)的同時(shí)繼續(xù)向第一電解液中通入二氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】童華東 申請人:東莞市廣海大橡塑科技有限公司