一种光催化叶面施肥方法技术

本发明专利技术涉及农业技术领域，公开了一种光催化叶面施肥方法，将含有光催化剂和空穴牺牲剂多元醇的供氨水溶液喷洒于农作物叶面，在太阳光照射下为农作物提供氮肥；其中光催化剂为对太阳光光谱响应的纳米催化剂，导带位置低于‑0.092V，供氨水溶液中光催化剂的质量浓度为100～2000mg/L，多元醇的体积占供氨水溶液体积的1～20％。本发明专利技术利用太阳光驱动光催化剂产生光生电子，结合空穴牺牲剂抑制光生载流子复合湮灭，于农作物叶表面推进电子与空气中氮气反应原位生成氨，以作为农作物可吸收利用的氮源，无需额外施加含氮肥料，提高氮素利用率，且施肥方法简单、安全、方便。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化叶面施肥方法
本专利技术涉及农业
，具体涉及一种光催化叶面施肥方法。
技术介绍
人体核酸和蛋白质中的氮素来源于植物体内有机氮。植物主要通过根部吸收土壤中氮素获取营养，而土壤中氮素相对有限，需通过外施肥料的形式来补充。传统施肥方式为土壤施肥，利用率低，养分容易淋失、挥发或被土壤固定，易造成水体富营养化、土壤酸化、土壤板结、温室气体排放等环境问题。叶面施肥具有营养浓度低、吸收快、针对性强、利用效率高等优点，可作为辅助施肥方式。因此发展高效、环保叶面肥是粮食生产绿色可持续的重要保障。市场上氮肥主要以工业固氮合成氨再加工转化为尿素、铵态(NH4+-N)、硝态(NO3--N)和酰胺态等不同形态最后通过叶面肥施加方式供植物利用。叶面氮肥浓度范围在10～1000mol/L，浓度过高则易灼伤作物叶片；浓度过低，既增加了工作量，又达不到补充作物营养的要求。并且常用叶面氮肥多为速效肥，肥效期短，施肥周期通常为1～2周/次。光催化产氨是在光照激发下，催化剂产生光生电子-空穴对，其中电子迁移到导带位置，空穴留在价带，成功转移至表面的电子将还原表面吸附的氮气产生氨，空穴牺牲剂通常用于氧化空穴为抑制光生载流子复合。文献以(101)面为高暴露面的Fe掺杂TiO2在乙醇牺牲剂作用下的光固氮效果(EnhancednitrogenphotofixationonFe-dopedTiO2withhighlyexposed(101)facetsinthepresenceofethanolasscavenger，AppliedCatalysisB:Environmental144(2014)468–477)公开了水热法制备得到的Fe/TiO2催化剂导带位置为-0.5V(vsNHE)，产氨速率可达到400μmol/gcat./h；文献用碳量子点和CdS纳米颗粒装饰g-C3N4纳米薄片:在模拟太阳照射下具有优异的固氮能力的新型纳米复合材料(g-C3N4nanosheetsdecoratedwithcarbondotsandCdSnanoparticles:Novelnanocompositeswithexcellentnitrogenphotofixationabilityundersimulatedsolarirradiation，CeramicsInternational45(2019)2542–2555)中研制的g-C3N4/C/CdS催化剂导带位置为-1.25V(vsNHE)，光催化活性实验中测得最优产氨量可达3180μmol/gcat/L；文献g-C3N4纳米片/Bi2MoO6异质结光催化剂在可见光照射下的固氮能力(Nitrogenphotofixationabilityofg-C3N4nanosheets/Bi2MoO6heterojunctionphotocatalystundervisible-lightillumination，JournalofColloidandInterfaceScience563(2020)81-91)中制备得到g-C3N4/Bi2MoO6复合催化剂具有良好的光催化产氨效果，其导带位置在-0.66V(vsNHE)，最优产氨量为3271μmol/gcat/L。为避免光生电子和空穴迁移至催化剂表面过程中复合以有效提高反应速率，不少光催化反应体系中常引入空穴牺牲剂用于捕获空穴。文献水光解纳米催化剂M-Au/TiO2(M＝Ag,Pd,Pt)的界面作用(M-Au/TiO2(M＝Ag,Pd,andPt)nanophotocatalystforoverallsolarwatersplitting:roleofinterfaces，Nanoscale7(2015)13477–13488)利用光沉积法制备Pt0.5–Au1/TiO2催化剂进行光催化效果评价，结果显示加入空穴牺牲剂甲醇后光催化效果较无空穴牺牲剂体系提升了9倍。文献α-,β-,γ-Ga2O3光催化产氢及通过调节PH和引入牺牲剂控制γ-Ga2O3催化水解反应(PhotocatalyticH2evolutionforα-,β-,γ-Ga2O3andsuppressionofhydrolysisofγ-Ga2O3byadjustingpH,addingasacrificialagentorloadingacocatalyst，RSCAdvances6(2016)59450-59456)报道的γ-Ga2O3加入空穴牺牲剂甲醇后光催化效果有所提升，为加入前的2.5倍。常用的空穴牺牲剂主要为醇类，不同牺牲剂还原性不同，光催化反应效果也有差异。文献提高固氮储氢的量子产率并原位生成含碳基团(Enhancedquantumyieldofnitrogenfixationforhydrogenstoragewithinsitu-formedcarbonaceousradicals，ChemicalCommunications51(2015)4785-4788)中探究了不同一元醇类(甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)为空穴牺牲剂对β-Ga2O3光催化产氨的影响，文中指出空穴牺牲剂与空穴反应属氧化反应，而甲醇氧化还原电位较其他醇类更低，更易丢失电子从而更易与空穴发生反应，随之光催化反应中产氨效果明显比其他牺牲剂更好。但目前尚未有专利和文献将光催化原位供氨体系引入叶面施肥中，能否将该体系用作氮肥，为农作物提供有效可吸收利用的氮肥，是光催化产氨体系在农学领域中能否得到推广应用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种光催化的叶面施肥方法，利用太阳光驱动光催化剂产生光生电子，结合空穴牺牲剂抑制光生载流子复合湮灭，于农作物叶表面推进电子与催化剂表面的氮气反应原位生成氨，以作为农作物可吸收利用的氮源。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种光催化叶面施肥方法，其特征在于，将含有光催化剂和空穴牺牲剂的供氨水溶液喷洒于农作物叶面，在光照下为农作物提供氮肥；所述的光催化剂为对太阳光光谱响应的纳米催化剂，导带位置低于-0.092V；所述的空穴牺牲剂为多元醇；所述的供氨水溶液中光催化剂的质量浓度为100～2000mg/L，多元醇的体积占所述的供氨水溶液体积的1～20％。本专利技术以光催化产氨为基础，筛选并利用环境友好型光催化剂和生物可降解的多元醇为空穴牺牲剂建立光催化原位供氨体系。白天，在太阳光的驱动下，光催化剂产生光生电子，结合空穴牺牲剂抑制光生载流子复合湮灭，光生电子在农作物表面与空气中的氮气反应原位生成氨，以作为农作物可吸收利用的氮源。在产氨反应进行的同时，生成的氨也同步被农作物的叶片吸收转化利用，可作为缓释氮肥，其产氨浓度适中不会造成叶面损伤。由于叶片表面水分因蒸腾作用会有所消耗，当没有太阳光照射时，所选用的多元醇又可作为保水剂吸收周围环境的露水，以推进有太阳光光照时的产氨反应，同时光催化产生的氨可溶解于水中，利于植物对其进行吸收利用。而整个施肥过程中，光催化剂的选择至关重要，由于氮气与光催化剂表面的光生电子还原生成氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化叶面施肥方法，其特征在于，将含有光催化剂和空穴牺牲剂的供氨水溶液喷洒于农作物叶面，在光照下为农作物提供氮肥；/n所述的光催化剂为对太阳光光谱响应的纳米催化剂，导带位置低于-0.092V；所述的空穴牺牲剂为多元醇；/n所述的供氨水溶液中光催化剂的质量浓度为100～2000mg/L，多元醇的体积占所述的供氨水溶液体积的1～20％。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化叶面施肥方法，其特征在于，将含有光催化剂和空穴牺牲剂的供氨水溶液喷洒于农作物叶面，在光照下为农作物提供氮肥；
所述的光催化剂为对太阳光光谱响应的纳米催化剂，导带位置低于-0.092V；所述的空穴牺牲剂为多元醇；
所述的供氨水溶液中光催化剂的质量浓度为100～2000mg/L，多元醇的体积占所述的供氨水溶液体积的1～20％。


2.根据权利要求1所述光催化叶面施肥方法，其特征在于，所述的供氨水溶液中光催化剂的质量浓度为250～1000mg/L，多元醇的体积占所述的供氨水溶液体积的2.5～10％。


3.根据权利要求1所述的光催化叶面施肥方法，其特征在于，所述的纳米催化剂为空位缺陷催化剂、非金属掺杂催化剂、金属离子掺杂催化剂、异质结光催化剂中的一种或多种。


4.根据权利要求3所述的光催化叶面施肥方法，其特征在于，
所述的空位缺陷催化剂包括氮缺陷g-C3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟荣，刘昳帆，黄秀英，姚露露，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33