Au/VO2复合型纳米催化剂及其制备方法技术

本申请公开了一种Au/VO2复合型纳米催化剂及其制备方法。该Au/VO2复合型纳米催化剂中的VO2为珊瑚状纳米结构，且VO2为富氧缺陷VO2，Au为纳米团簇，所述Au均匀锚定在所述VO2上；二氧化钒的富氧缺陷处理为Au纳米团簇提供了更丰富和强结合力的锚定位点，促进了纳米团簇与载体间的电子转移，通过金

【技术实现步骤摘要】
Au/VO2复合型纳米催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，更具体地，涉及一种Au/VO2复合型纳米催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的逐步发展，人类对于化石能源的过度依赖已经导致二氧化碳等温室气体的排放正在逐年增多；为减轻温室效应的影响，减少二氧化碳的排放，近年来开始倡导节能减排以及低碳生活，虽然减缓了二氧化碳排放量的增长，但其排放量整体仍然呈上升趋势，需要一种可以在部分场景替代化石燃料作为能源或能源储备的物质，来为降低碳排放提供新的出路。
[0003]氨得益于其高能量密度、燃烧产物绿色环保、制备原料储量丰富且成本低廉的特性，是未来绿色工业体系中不可或缺的基础工业原料和清洁能源候选；而通过电催化固氮的方法制氨，即利用太阳能、风能、地热能等清洁能源产生的电力进行电解的方法代替传统制氨工业的哈伯
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博施法，可显著减少环境污染、碳及有害气体的排放，属于一种新兴的绿色制氨途径。
[0004]为克服上述电解过程中解离氮氮三键所需的高势垒，亟需一种高活性、低成本的固氮催化剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于固氮的Au/VO2复合型纳米催化剂及其制备方法，其中，采用偏钒酸铵为反应物质，通过高温烧结和氢气退火获得富氧缺陷的二氧化钒，所得产物再经四氯金酸水溶液浸泡获得Au/VO2复合型纳米催化剂。二氧化钒的富氧缺陷处理为Au纳米团簇提供了更丰富和强结合力的锚定位点，促进了纳米团簇与载体间的电子转移，提升了该催化剂的固氮性能。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供一种Au/VO2复合型纳米催化剂，其特征在于，所述VO2为珊瑚状纳米结构，所述Au为纳米团簇，所述Au均匀锚定在所述VO2上，所述Au的纳米团簇的粒径为50
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100nm。
[0007]优选地，所述VO2为富氧缺陷VO2。
[0008]优选地，所述Au/VO2复合型纳米催化剂用于电催化固氮反应。
[0009]根据本专利技术的另一方面，提供一种Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，获得第一产物；将所述第一产物置入氢气与氩气的混合气氛中进行高温烧结后冷却至室温，获得第二产物；将所述第二产物置入四氯金酸水溶液中，获得混合液；将所述混合液进行固液分离，取出固体并真空干燥，获得如权利要求1所述的Au/VO2复合型纳米催化剂。
[0010]优选地，将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，包括：将盛有偏钒酸铵粉末的石英舟放入管式炉中，并将所述管式炉内部抽为真空状态；向所述管式炉中通入氩气，使所述
偏钒酸铵粉末在氩气氛中以600
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800℃进行烧结，并保温至少3小时后冷却至室温。
[0011]优选地，将所述第一产物置入氢气与氩气的混合气氛中进行高温烧结后冷却至室温，包括：向所述管式炉中通入氢气与氩气的混合气，使所述第一产物在氢气与氩气的混合气氛中以620
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680℃进行烧结，并保温10
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40分钟后冷却至室温。
[0012]优选地，所述氢气和氩气的混合气中氢气的体积比不小于20％，混合气体积流量不小于30sccm。
[0013]优选地，将所述第二产物均匀分散入四氯金酸水溶液中，还包括：进行不小于10分钟的超声处理。
[0014]优选地，所述四氯金酸水溶液中溶质的摩尔量至少为所述第二产物摩尔量的1.6倍。
[0015]优选地，所述四氯金酸水溶液浓度不小于5mmol/L。
[0016]本专利技术提供的Au/VO2复合结构纳米催化剂及其制备方法，该复合结构中的二氧化钒为富氧缺陷二氧化钒，在该催化剂中其作为载体，呈珊瑚状，金为粒径50
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100nm的金属纳米团簇，金锚定在二氧化钒载体上，通过金
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二氧化钒复合结构可实现二氧化钒在室温下的局部金属态相变，界面加氢过程既有利于促进界面电子转移，同时可显著提高金原子有效利用率，发挥其高催化活性。本专利技术提供的该催化剂的制备方法，其工艺步骤较为简单，安全高，可以很便捷的进行规模化生产。进一步地，本专利技术提供的催化剂，不仅在常温下水溶性氨产率明显优于现有的电催化固氮的催化材料，还同时具备良好的连续电解稳定性，经历长时间电解仍能保持高催化活性而几乎没有衰减。
附图说明
[0017]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
[0018]图1为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法的流程示意图；
[0019]图2为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂的扫描电子显微镜图；
[0020]图3为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中第一产物的X射线衍射图；
[0021]图4为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂的X射线光电子能谱全谱图；
[0022]图5为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂中金的窄谱X射线光电子能谱图；
[0023]图6为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂中钒的窄谱X射线光电子能谱图；
[0024]图7为本专利技术第二实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂中钒的窄谱X射线光电子能谱图；
[0025]图8为本专利技术实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中在不同氢气、烧结时间下的二氧化钒拉曼测试图；
[0026]图9为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂的水溶性氨产率/法拉第效率
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过电位图；
[0027]图10为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂在预设电位下的循环性能图；
[0028]图11为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂分别在氮气、氩气饱和电解液中交替测试的电催化固氮反应性能图；
[0029]图12为本专利技术第一实施例提供的Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法中获取的Au/VO2复合型纳米催化剂与其他组分催化剂的固氮性能示意图。
具体实施方式
[0030]以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的材料采用类似的附图标记来表示。此外，为了简明起见，可能未示出某些公知的部分。
[0031]在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如使用的设备、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Au/VO2复合型纳米催化剂，其特征在于，所述VO2为珊瑚状纳米结构，所述Au为纳米团簇，所述Au均匀锚定在所述VO2上，所述Au的纳米团簇的粒径为50
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100nm。2.根据权利要求1所述的纳米催化剂，其特征在于，所述VO2为富氧缺陷VO2。3.根据权利要求1所述的纳米催化剂，其特征在于，所述Au/VO2复合型纳米催化剂用于电催化固氮反应。4.一种Au/VO2复合型纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，获得第一产物；将所述第一产物置入氢气与氩气的混合气氛中进行高温烧结后冷却至室温，获得第二产物；将所述第二产物置入四氯金酸水溶液中，获得混合液；将所述混合液进行固液分离，取出固体并真空干燥，获得如权利要求1所述的Au/VO2复合型纳米催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，包括：将盛有偏钒酸铵粉末的石英舟放入管式炉中，并将所述管式炉内部抽为真空状态；向所述管式炉中通入氩气...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭倚天，
申请(专利权)人：电子科技大学广东电子信息工程研究院，
类型：发明
国别省市：