一种富含氧空位的Ni-MOF催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料光催化技术领域，涉及一种富含氧空位的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种富含氧空位的Ni
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MOF催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料光催化
，涉及一种富含氧空位的Ni
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MOF催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]工业的快速发展使得大气中的CO2含量急剧增加，温室效应问题日益严重，缓解全球变暖和能源危机迫在眉睫。光催化还原CO2可产生CO、CH4、CH3OH等能源燃料，能有效促进绿色低碳发展，符合可持续发展理念。因此，开发新型高效可见光光催化剂成为光催化还原CO2的研究热点。
[0003]金属
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有机框架（MOF）是通过配位金属离子和有机配体构建而成的高结晶度的多孔材料。MOFs材料具有一系列独特的性能，由于其永久的微孔性和大的比表面积，在气体捕获和多相催化中具有巨大的潜力，其中之一是CO2捕获和转化反应的催化作用。CO2还原过程为多质子耦合电子转移过程，最终产物的生成通常由CO2还原途径的动力学和热力学参数决定。以CH4和CO为例，CH4形成在热力学上比CO形成有利，因为前者的反应在较低的电势下发生。然而，从动力学的角度来看，需要八个电子的CH4的形成比CO2到CO的两个电子还原更困难。生成CH4和CO的反应方程式（1）和（2）如下（在pH=7）：和CO的反应方程式（1）和（2）如下（在pH=7）：在化学工业中，CO作为合成气和各类煤气的主要组分，是合成一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料。由CO出发，可以制取目前几乎所有的基础化学品，如氨、光气以及醇、酸、酐、酯、醚、胺、烷烃和烯烃等。甲烷是一种燃烧值比较高的优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。专利CN114832830A公开了一种MOF衍生的B/A/B结构氧化物异质结及其制备方法和应用，该专利技术通过将MnCo
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MOF和第一金属醋酸盐的无水乙醇溶液在密闭反应容器中于70
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100℃下反应制得B/A/B结构MOF异质结，然后将其在400
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550℃条件下煅烧得到MOF衍生的B/A/B结构氧化物异质结，所得B/A/B结构氧化物异质结在光还原二氧化碳反应中体现出优异的产物（CO和H2）的选择性，但其制备过程中需要进一步高温煅烧，工艺复杂，并且光催化产物选择性的调控较难；CN116154199A公开了一种氮掺杂碳负载钴镍双位点的ORR
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OER催化剂及其制备方法，该专利技术通过将一系列过程制备的前驱体CoPINi
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MOF@ACW用NH4Cl包埋，热解，得到目标催化剂氮掺杂碳负载钴镍双位点的ORR
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OER催化剂，制备工艺较为复杂，且主要用于电催化剂。因此，根据实际应用的需要调控光催化还原CO2的产物是人工光合成过程中的难点。

技术实现思路

[0004]针对人工光合领域中光催化还原二氧化碳产物不可控的难点，本专利技术提出了一种富含氧空位的Ni
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MOF催化剂及其制备方法和应用。由本专利技术方法制备的富含氧空位的Ni
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MOF催化剂能够对光催化还原CO2产物进行调控，而且催化剂的制备方式简单，成本低。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的:一种富含氧空位的Ni
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MOF催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将N，N
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二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇（CH3CH2OH）和水置于容器中，搅拌使其混合均匀，制得无色溶液Ⅰ；（2）将对苯二甲酸加入到步骤（1）中的无色溶液Ⅰ中，超声溶解，制得无色溶液Ⅱ；（3）将六水氯化镍（NiCl2·
6H2O）加入到步骤（2）所得的无色溶液Ⅱ中，超声溶解，制得浅绿色溶液；（4）将氯化铵（NH4Cl）加入到步骤（3）中的浅绿色溶液中，超声，搅拌溶解，然后将其放入反应釜进行水热反应，反应完毕后使用乙醇和水分别进行洗涤、离心，倒掉上清液，将所得产物干燥后制得富含氧空位的Ni
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MOF催化剂。
[0006]所述步骤（1）中DMF、CH3CH2OH和水的体积比为（14
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16）:1:1，搅拌时间为5
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10min。
[0007]所述步骤（2）和（3）中对苯二甲酸和NiCl2·
6H2O的摩尔比为1:1，超声10
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15min溶解。
[0008]所述步骤（3）中NiCl2·
6H2O的摩尔浓度为0.021mol/L。
[0009]所述步骤（4）中NH4Cl的摩尔浓度为0.026
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0.093mol/L，超声15
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20min，搅拌20min。
[0010]所述步骤（4）中反应的温度为150
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200℃，反应的时间为20
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24h。
[0011]所述步骤（4）中干燥的温度为50
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90℃。
[0012]上述制备方法制得富含氧空位的Ni
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MOF催化剂。
[0013]上述富含氧空位的Ni
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MOF催化剂在光催化还原CO2中的应用。
[0014]本专利技术产生的有益效果是：（1）本专利技术采用水热法，通过一步反应制备得到含有不同浓度氧空位的Ni
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MOF催化剂，制备工艺简单。
[0015]（2）本专利技术的制备方法得到的Ni
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MOF催化剂，随着合成时NH4Cl加入量的增多，合成过程中分解生成氨气量也逐渐增大，氨气是一种还原性气体，一方面可以使Ni
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MOF团簇球逐渐蓬大，另一方面可以促进更多氧空位的生成，有利于提高光催化活性。
[0016]（3）本专利技术的制备方法得到的Ni
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MOF催化剂，调节NH4Cl加入量能够影响催化剂Ni
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MOF中氧空位的浓度，进而影响光催化反应过程中光生电子的传输阻力，从而影响所得催化剂Ni
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MOF对光催化还原CO2的反应产物（CO和CH4）的选择性。因此，可根据实际应用的需要，通过简单地控制NH4Cl加入量对光催化产物进行调节。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为对比例1制备的纯Ni
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MOF催化剂和实施例1
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3制备的含有氧空位Ni
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MOF催化剂的X射线衍射（XRD）图。
[0019]图2 是对比例1制备的纯Ni
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MOF催化剂和实施例1
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3制备的含有氧空位的Ni
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MOF
催化剂在相同放大倍数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含氧空位的Ni
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MOF催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将N，N
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二甲基甲酰胺、乙醇和水置于容器中，搅拌至其混合均匀，制得无色溶液Ⅰ；（2）将对苯二甲酸加入到步骤（1）中的无色溶液Ⅰ中，超声使其溶解，制得无色溶液Ⅱ；（3）将六水氯化镍加入到步骤（2）所得的无色溶液Ⅱ中，超声使其溶解，制得浅绿色溶液；（4）将氯化铵加入到步骤（3）中的浅绿色溶液中，超声，搅拌溶解，经水热反应，后处理制得富含氧空位的Ni
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MOF催化剂。2.根据权利要求1所述的富含氧空位的Ni
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MOF催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的N，N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和水的体积比为（14
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16）:1:1。3.根据权利要求1所述的富含氧空位的Ni
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MOF催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）和（3）中，所述的六水氯化镍和对苯二甲酸的摩尔比为1:1。4.根据权利要求3所述的富含氧空位的Ni
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MOF催化剂的制备方法，其特征在于，所述的六水氯化镍的摩尔浓度为0.021...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯彩霞，王紫琼，王岩，李晚廷，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：