一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂技术领域，为解决现有现有技术下的光生电子

【技术实现步骤摘要】
一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工农业发展，氨成为农业和工业中用于肥料和化学品合成的重要化学物质。当前工业合成氨仍以使用铁基催化剂的哈伯
‑
博施方法为主，由于N2分子的N≡N叁键有超高键能(940.95kJmol
‑1)，使得常规的催化材料很难还原N2分子，因此哈伯
‑
博施方法的反应条件苛刻且耗能大，其消耗的能源占全球能源的1％以上，给环境造成了极大的负担。太阳能是一种清洁能源，而光催化途径能够直接将太阳能转化为化学能，为降低合成氨能耗提供了一种非常具有前景的绿色高效的方法。光催化材料的表面缺陷位点可以作为活性位点实现N2的化学吸附，同时位于缺陷位点处的电子可转移到被吸附N2分子中的反键π轨道中，可以实现对N≡N叁键的弱化作用。但是目前的光催化剂存在光生电子
‑
空穴对极易快速复合，导致有效的光生电子
‑
空穴对的数量减少从而严重影响了光催化性能的缺陷。因此，需要开发一种反应活性位点多，光生电子
‑
空穴对不易复合的光催化剂来提高其光催化性能。
[0003]例如，一种在中国专利文献上公开的“一种用于光催化固氮合成氨的Mo或Fe掺杂Zn1‑
x
In2S4催化剂的制备方法”，其公告号为CN112264049A，包括如下步骤：将六水合硝酸锌、硝酸铟、L
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半胱氨酸及含钼或铁元素的无机盐在去离子水中磁力搅拌反应后，将混合溶液转移到水热反应釜中，将水热反应釜放入鼓风干燥箱中，水热反应15
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24小时后冷却至室温得到黄绿色沉淀，依次用去离子水和乙醇对黄绿色沉淀进行洗涤后，在鼓风干燥箱中60
‑
100℃干燥，得到Mo或Fe掺杂Zn1‑
x
In2S4光催化固氮催化剂。该方法把Mo或Fe掺杂到ZnIn2S4晶体中，由于铟属于稀散金属，该方法制备成本较高，不适用于工业化生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服现有技术下的光催化剂的光生电子
‑
空穴对易复合，光催化性能较低，且合成较为复杂的问题，提供一种兼具良好吸附性能和优异光催化性能的球状C/FeMo纳米复合光催化剂，该催化剂有效提升光的吸收以及光激发空穴
‑
电子的转移，提升催化效果降低合成氨所需的能耗，并且多孔结构能够增强对氮气的吸附能力提升反应速率。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，该制备方法操作步骤简便，制备的球状C/FeMo纳米复合光催化剂纯度高，催化效果好。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂，其特征在于，所述纳米光催化剂包括铁钼复合物和负载在铁钼复合物表面的碳，纳米光催化剂为多孔球状。
[0007]铁和二氧化钼形成半导体结构，将其作为催化剂可提高光反应活性，而碳有较好的电荷传递性能，碳
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半导体复合能有效促进光生电荷的分离与迁移，降低光生电子
‑
空穴对复合率，提高光催化剂的催化效率，球状催化剂的比表面积大，并且多孔结构可进一步增
强对氮气吸附，提升催化效率。
[0008]一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：(a)球状C/FeMo纳米复合材料前驱体的制备：将钼盐分散于水中，再向水加入配体试剂、亚铁盐及溶剂混合均匀，将混合物转移至密闭容器中加热反应，将反应产物离心处理，取沉淀用水、乙醇依次洗涤后烘干，得前驱体；(b)球状C/FeMo纳米复合光催化剂烧结制备：将前驱体在惰性气体保护下煅烧后，冷却至室温后即得球状C/FeMo纳米复合光催化剂。
[0009]在制备过程中使用配体试剂结合钼离子和铁离子，使得煅烧后，钼铁分布均匀在纳米球中，并且配体试剂为该球状C/FeMo纳米复合光催化剂提供了碳元素。
[0010]作为优选，所述步骤(a)中，配体试剂为氨三乙酸。
[0011]氨三乙酸拥有较强的络合能力，能为金属离子提供四个配位键，在本专利技术中，氨三乙酸用于和钼离子及亚铁离子形成螯合物，并且氨三乙酸受热分解后产生二氧化碳及氮氧化物不会给催化剂引入其他杂质元素。
[0012]作为优选，所述步骤(a)中，钼盐为氯化钼。
[0013]作为优选，所述步骤(a)中，亚铁盐为氯化亚铁、硝酸亚铁或硫酸亚铁。
[0014]水溶性的钼盐及亚铁盐可溶于水中与氨三乙酸反应。
[0015]作为优选，所述步骤(a)中，配体试剂、钼盐与铁盐投料摩尔比为2：1：1～1：2：2。
[0016]配体试剂用量较少时，不能完全将铁、钼离子络合，降低前驱体产率；配体试剂用量较多时，煅烧得到的催化剂中铁、钼含量较少，碳含量较多影响催化效率。
[0017]作为优选，所述步骤(a)中，所用水为去离子水，用于分散钼盐的水的体积与钼盐摩尔比为(18～20)L：1mol。
[0018]作为优选，所述步骤(a)中，溶剂为异丙醇，溶剂的体积与钼盐摩尔比为(18～20)L：1mol。
[0019]加入异丙醇可有效提高前驱体的产率。
[0020]作为优选，所述步骤(a)中，加热反应温度为150
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200℃，反应时间为4～7小时。
[0021]加热可加快螯合物形成的速率，但反应温度过高，氨三乙酸会分解。
[0022]作为优选，所述步骤(b)中，前驱体煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为2～2.5小时。
[0023]氨三乙酸在煅烧过程中分解，使得煅烧得到的纳米球有多孔结构，并且铁与钼均匀分布在纳米球中，球面上分散负载了碳；当煅烧温度过低，氨三乙酸不能分解成碳；当煅烧温度过高，纳米球表面碳含量较少，影响光催化效率。
[0024]因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)具有较高的光催化活性，特别是在可见光驱动条件下，能够有效抑制光生电子
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空穴对的复合进而显著提高对可见光的利用效率，使合成氨反应可以在室温及可见光照射下进行；(2)多孔球状结构增加了比表面积并且增强了对氮气的吸附性，可提升反应速率；(3)制备条件温和，制备纯度好，适合于工业上的大规模生产应用。
附图说明
[0025]图1是球状C/FeMo纳米复合光催化剂扫描电镜微观形貌图。
[0026]图2是实施例1中制得球状C/FeMo纳米复合光催化剂的XRD图。
[0027]图3是实施例1中制得球状C/FeMo纳米复合光催化剂扫描电镜的元素mapping分析图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图与具体实施方法对本专利技术做进一步的描述。
[0029]本专利技术所述的球状C/FeMo纳米复合光催化剂微观形貌如图1所示，该光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂，其特征在于，所述纳米光催化剂包括铁钼复合物和负载在铁钼复合物表面的碳，纳米光催化剂为多孔球状。2.一种如权利要求1所述球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：（a）球状C/FeMo纳米复合材料前驱体的制备：将钼盐分散于水中，再向水加入配体试剂、亚铁盐及溶剂混合均匀，将混合物转移至密闭容器中加热反应，将反应产物离心处理，取沉淀用水、乙醇依次洗涤后烘干，得前驱体；（b）球状C/FeMo纳米复合光催化剂烧结制备：将前驱体在惰性气体保护下煅烧后，冷却至室温后即得球状C/FeMo纳米复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，其特征是，所述步骤（a）中，配体试剂为氨三乙酸。4.根据权利要求2所述的一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，其特征是，所述步骤（a）中，钼盐为氯化钼。5.根据权利要求2所述的一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，其特征是，所述步骤（a）中，亚铁盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，邓苹，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：