用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法技术

本发明专利技术公开了一种用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，属于化学化工技术领域。本发明专利技术将制备好的PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在一定温度进行，将可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，生成的氢气采用排水法收集。与传统的负载型催化剂不同的是：根据本发明专利技术，调节催化剂中金属钯、金的含量及Mxene‑TiO

Visible light catalyzed dehydrogenation of formic acid with PdAu nano sheet catalyst

【技术实现步骤摘要】
用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法
本专利技术属于化学化工
，具体涉及用PdAu/TiO2@g-C3N4纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法。
技术介绍
氢气是一种高效、清洁、绿色的能源，但氢气具有很低的体积能量密度和质量能量密度，高效、安全地储存和运输氢气成为氢能利用的主要挑战。为了解决这一难题，研究者开发和探究了多种不同类型的储氢材料，其中甲酸因具有无毒、高的质量能量密度和储存运输安全等优点而受到研究者的广泛关注。当前甲酸作为储氢材料应用的关键在于开发高效的脱氢催化剂，目前研究者研究的催化剂主要集中在均相催化剂和费俊祥催化剂两类。其中均相催化剂主要是钌、铑、铱、铁和钴的金属络合物。李灿等(CN105772090B)报道了一类可在水相体系中使用的计算脱氢催化剂，催化剂包括金属和配体，金属为铱、铑、钌、铁、铜、钴、钯、铂等，配体为结构中含有C＝N双键的杂环化合物；在无碱条件下，90℃下最高TOF可达37.5*104h-1。尽管均相催化剂表现出优异的催化性能，但其难以分离循环使用很大程度上限制了其规模化应用。刘等设计了AuxPdy/CNS催化剂，并将其应用于甲酸可见光催化脱氢，TOF值高达1017.8h-1(AppliedCatalysisB:Environmental252(2019)24–32)。因此，开展非均相催化剂的研究，尤其是在可见光作用下实现甲酸高效脱氢的非均相催化剂是当前研究的热点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种用PdAu/Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，该PdAu/Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片催化剂在可见光的作用下可实现较温和条件下甲酸完全脱氢，该催化剂具有良好的催化活性、选择性和稳定性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下。用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，将PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在10～40℃进行，将波长λ>400nm的可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将摩尔比为1：(0.2～0.6)的甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，得到产物氢气。所述的催化剂与甲酸和甲酸钠混合液质量比为1:(30～50)。所述的PdAu纳米片催化剂包括Pd、Au、Mxene-TiO2和g-C3N4纳米片，其中，Pd来源于氯化钯，Au来源于氯金酸，Mxene-TiO2来源于Mxene-Ti2AlC，g-C3N4纳米片由三聚氰胺和氯化锂焙烧制得。所述的PdAu纳米片催化剂是通过以下步骤予以制备的：(1)将三聚氰胺与氯化锂按一定比例在一定焙烧条件和气氛下焙烧后，再在一定温度下水洗一段时间，过滤即得到g-C3N4纳米片；所述三聚氰胺与氯化锂的质量比为1：(4～8)；焙烧温度为520～550℃，焙烧时间4～7h，气氛为氮气，水洗温度20～45℃，水洗时间为40～50h；(2)取一定量的Ti2AlC，将其加入一定浓度的氢氟酸溶液处理一段时间后冷冻干燥，即得到Ti2C；所述HF的质量浓度为30～50wt％，处理时间4.0～6.0h；(3)将Ti2C与g-C3N4纳米片按一定摩尔比置于含40ml去离子水的水热合成釜，加入一定浓度的NaHSO3溶液，超声分散一段时间，将其置于一定温度下水热合成一段时间，过滤水洗后，冷冻干燥即得到Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片载体；所述Ti2C与g-C3N4纳米片的摩尔比为1：(20～35)，NaHSO3浓度为0.03～0.05mol/L，水热合成温度为120～150℃，水热合成时间为8～12h；(4)将冷冻干燥得到的多孔Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片载体置于一定组成的氯化钯和氯金酸溶液，在一定温度下使用甲醛溶液还原一段时间，离心干燥，即制得PdAu/Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片催化剂；所述氯化钯、氯金酸与Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片的摩尔比为1：(0.1～0.3)：(20～25)，甲醛浓度为0.05～0.09mol/L，还原温度为10～25℃，还原时间为5～8h。进一步的，所述三聚氰胺与氯化锂的质量比为1：8；焙烧温度为550℃，焙烧时间4h，气氛为氮气，水洗温度20℃，水洗时间为50h；所述HF的质量浓度为50wt％，处理时间4.0h；所述Ti2C与g-C3N4纳米片的摩尔比为1：35，NaHSO3浓度为0.05mol/L，水热合成温度为150℃，水热合成时间为8h；所述氯化钯、氯金酸与Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片的摩尔比为1：0.3：25，甲醛浓度为0.09mol/L，还原温度为10℃，还原时间为5h；所述的催化剂与甲酸和甲酸钠混合液质量比为1:50，反应温度为40℃；所述甲酸和甲酸钠的摩尔比为1：0.6，此时，氢气的选择性为100％，甲酸的转化率为100％，反应的TOF值为1360h-1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术专利以Mxene-Ti2AlC为前驱体合成富含氧缺位的Mxene-TiO2,再通过水热合成高分散性的Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片载体材料，该Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片载体材料具有很好的电子传递性能和光诱导性能，进一步采用浸渍还原法PdAu/Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片催化剂，温和条件下甲醛还原合成的负载型PdAu合金，该还原剂可实现PdAu合金结构的调控和均匀负载于载体上。通过调节金属组分的配比、还原剂浓度和反应条件，改变金属价带轨道的电荷分布，进而调节催化反应的稳定性。此外，多组分金属组成和载体表面的多官能团的影响，金属和载体之间金属载体强相互作用(StrongMetal-SupportInteractions,SMSI)得到显著增强，催化活性得到有效改善。2、本专利技术采用浸渍还原法，首先采用盐熔融法合成g-C3N4纳米片，再用氢氟酸处理Ti2AlC(Mxene)制得的Ti2C，将g-C3N4纳米片和Ti2C经水热处理制得Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片，将得到的Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片置于一定组成的氯化钯和氯金酸溶液，在一定温度下使用甲醛溶液还原一段时间，离心干燥，即制得PdAu/Mxene-TiO2@g-C3N4纳米片催化剂，该催化剂在可见光作用下具有较高的活性和选择性。使用该催化剂进行可见光催化甲酸脱氢反应，脱氢转化率和选择性均为100％，反应的TOF值大于850h-1，循环使用8h，反应的TOF值仍大于834h-1。具体实施方法下面通过实施例对本专利技术做进一步详细说明。但是所述实例不构成对本专利技术的限制。实施例1制备催化剂过程将3g三聚氰胺和12g氯化锂均匀研磨混合，在氮气气氛下520℃焙烧7h，焙烧后的混合物在20℃下水洗50h，干燥即得到g-C3N4纳米片；称取1gTi2AlC置于30wt％HF溶液处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，其特征在于：将PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在10～40℃进行，将波长λ>400nm的可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将摩尔比为1：(0.2～0.6)的甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，得到产物氢气；/n所述的催化剂与甲酸和甲酸钠混合液质量比为1:(30～50)；/n所述的PdAu纳米片催化剂包括Pd、Au、Mxene-TiO

【技术特征摘要】
1.用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，其特征在于：将PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在10～40℃进行，将波长λ>400nm的可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将摩尔比为1：(0.2～0.6)的甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，得到产物氢气；
所述的催化剂与甲酸和甲酸钠混合液质量比为1:(30～50)；
所述的PdAu纳米片催化剂包括Pd、Au、Mxene-TiO2和g-C3N4纳米片，其中，Pd来源于氯化钯，Au来源于氯金酸，Mxene-TiO2来源于Mxene-Ti2AlC，g-C3N4纳米片由三聚氰胺和氯化锂焙烧制得；
所述的PdAu纳米片催化剂是通过以下步骤予以制备的：
(1)将三聚氰胺与氯化锂按一定比例在一定焙烧条件和气氛下焙烧后，再在一定温度下水洗一段时间，过滤即得到g-C3N4纳米片；
所述三聚氰胺与氯化锂的质量比为1：(4～8)；焙烧温度为520～550℃，焙烧时间4～7h，气氛为氮气，水洗温度20～45℃，水洗时间为40～50h；
(2)取一定量的Ti2AlC，将其加入一定浓度的氢氟酸溶液处理一段时间后冷冻干燥，即得到Ti2C；
所述HF的质量浓度为30～50wt％，处理时间4.0～6.0h；
(3)将Ti2C与g-C3N4纳米片按一定摩尔比置于含40ml去离子水的水热合成釜，加入一定浓度的NaHSO3溶液，超声分散一段时间，将其置于一定温度下水热合成一段时间，过滤水洗后，冷冻干燥即得到Mxene-...

【专利技术属性】
技术研发人员：万超，周柳，王嘉佩，吴胜华，许立信，张代林，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34