一种Mo-InVO4复合材料及其制备方法与应用技术

技术编号：40277692 阅读：10 留言：0更新日期：2024-02-02 23:05

本发明专利技术公开了一种Mo‑InVO<subgt;4</subgt;复合材料及其制备方法与应用，属于光催化剂技术领域，以In源、Mo源和V源为原料经过水热反应制备得到Mo/InVO<subgt;4</subgt;光催化剂，通过不同用量的Mo金属掺杂InVO<subgt;4</subgt;纳米棒赋予Mo/InVO<subgt;4</subgt;光催化剂大量的氧空位缺陷，从而起到调控InVO<subgt;4</subgt;的能带的作用，进而增加光生电子‑空穴对的分离效率，提高Mo‑InVO<subgt;4</subgt;复合材料的光催化固氮性能。通过掺杂摩尔比为5％的Mo金属可使得Mo/InVO<subgt;4</subgt;光催化剂较纯的InVO<subgt;4</subgt;纳米棒的光催化固氮效率提高了2.4倍。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化剂，具体涉及一种mo-invo4复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

1、氮气是大气的重要组成部分，其体积分数约为78.08％。目前大部分氮气主要用于固氮反应生成氨气，年产量已经超过五亿吨，其中百分之八十的产量用于生产氮基复合肥，剩余的百分之二十用于生产炸药、药品、制冷、清洁产品等。另外，与储氢材料甲醇相比(12.5wt％)，液态氨中的氢元素含量占17.6wt％，所以氨也被认为是一种能量存储介质，有潜力在未来的储氢产业发挥重要作用。目前，光催化固氮反应大部分仍然采用传统的haberbosch工艺。此方法中设备复杂、操作繁琐、能耗较高、污染严重，给人类的生存环境带来巨大的挑战。

2、半导体光催化技术是利用太阳能或光能开发可再生能源的技术，因其清洁、低能耗等特点已受到了众多学者们的研究与关注。由于tio2是长久以来研究较为成熟的半导体，因此在光催化固氮领域中的研究及应用较多。然而，tio2属于宽带隙半导体，因其只能吸收紫外光，极大地限制了tio2在光催化领域的应用，尤其是光催化固氮反应。对于光催化领域，半导体对光的吸收能力和范围也是制约光催化固氮效率的影响因素。在光催化领域，应该选择带隙宽度合适的催化剂用于在可见光的固氮反应。

3、钒酸铟(invo4)是一种可见光响应型钒酸金属光催化剂，其带隙为2.0ev，具有无毒、化学稳定性好、高光催化活性、耐腐蚀性好和高氧化/还原能力等特点，被认为是实际应用中最有前途的固氮光催化剂之一。然而，现有研究中，将此类材料用于光催化固氮反应的应用和机理研究较

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种mo-invo4复合材料及其制备方法与应用，有效解决了单纯的invo4光催化剂的光生电子-空穴对的分离效率较低的技术问题，同时提供了一种光催化固氮效率大大高于单纯invo4材料的mo-invo4复合材料。

2、本专利技术的第一个目的是提供一种mo-invo4复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、将in源和mo源于蒸馏水中混合搅拌形成a溶液；将v源分散于蒸馏水中搅拌形成b溶液；于搅拌状态下将所述b溶液加入a溶液形成c溶液，调节ph为1～2，得到混合液；将所述混合液于150～180℃下进行反应，得到mo-invo4复合材料。

4、优选的，所述in源、mo源与v源的摩尔比为1：(0.01～0.1)：1。

5、优选的，所述in源包括in(no3)3，所述mo源包括mocl5，所述v源包括navo3。

6、优选的，采用质量浓度为10％的硝酸溶液将ph值调节为1～2。

7、优选的，将所述混合液转移至高压反应釜进行反应，所述高压反应釜的压力为5～10mpa。

8、优选的，所述反应的时间为15～18h。

9、本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备得到的mo-invo4复合材料。

10、本专利技术的第三个目的是提供一种上述的mo-invo4复合材料在光催化固氮中的应用，其特征在于，将所述mo-invo4复合材料加入去离子水中超声形成悬浮液，将所述悬浮液置于高纯氮气中，室温黑暗下，于氙灯光照条件下进行催化反应。

11、优选的，所述mo-invo4复合材料与去离子水的用量比为1mg:2ml。

12、优选的，所述氙灯光照的功率为300w。

13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：

14、(1)本专利技术提供的一种mo-invo4复合材料及其制备方法与应用，以in源、mo源和v源为原料经过水热反应制备得到mo/invo4光催化剂，通过不同用量的mo金属掺杂invo4纳米棒赋予mo/invo4光催化剂大量的氧空位缺陷，从而起到调控invo4的能带的作用，进而增加光生电子-空穴对的分离效率，提高mo-invo4复合材料的光催化固氮性能。通过掺杂摩尔比为5％的mo金属，可使得mo/invo4光催化剂较纯的invo4纳米棒的光催化固氮效率提高了2.4倍。

15、(2)本专利技术mo-invo4复合材料的制备方法简单，适合推广应用。

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【技术保护点】

1.一种Mo-InVO4复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述In源、Mo源与V源的摩尔比为1：(0.01～0.1)：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述In源为In(NO3)3，所述Mo源为MoCl5，所述V源为NaVO3。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用质量浓度为10％的硝酸溶液将pH值调节为1～2。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述混合液转移至高压反应釜进行反应，所述高压反应釜的压力为5～10Mpa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为15～18h。

7.一种权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的Mo-InVO4复合材料。

8.一种权利要求7所述的Mo-InVO4复合材料在光催化固氮中的应用，其特征在于，将所述Mo-InVO4复合材料加入去离子水中超声形成悬浮液，将所述悬浮液置于氮气中，室温黑暗下，于氙灯光照条件下进行催化反应。