【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备和环境能源，具体涉及一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
1、氨(nh3)不仅是重要的储能介质和无碳能量载体，而且是生产炸药和化肥不可缺少的工业化工原料，对人类社会的发展至关重要。目前，haber-bosch法已广泛应用于nh3的大规模合成，然而，这一过程是在高温(573～773k)和高压(100～200atm)条件下进行的，每年消耗全球约2％的能源，释放4亿吨二氧化碳。因此，迫切需要开发更具可持续性的催化工艺来满足日益增长的环境保护和能源效率的要求。
2、在自然界中，生物固氮依靠氮酶通过π键机制生成nh3。首先，腺苷5′-三磷酸(atp)水解为二聚体铁蛋白提供能量，为激活n-n三键提供电子源(过程1)。随后，电子通过电子继电器(p簇)转移到femo辅因子上，随后n2的σ电子转移到femo辅因子中fe/mo原子的未占据的d轨道上，fe/mo原子占据的3d轨道将电子给n-nπ反键体系形成化学键，吸附并激活n2。氮酶通过π键机制激活n2生成nh3是一个至关重要的过程。因此，有必要寻找一种结构-活性关系明确的光催化剂来模拟固氮酶的n2固定过程。
3、金属有机框架(mofs)被认为是构建具有高密度和原子分散活性金属位的分子光催化剂的理想材料。这些分散的金属位点作为n2吸附和活化的活性中心，其功能类似于femo辅因子。与传统的光催化剂相比，由于mofs的可预先设计性和完整性，光敏剂和助催化剂很容易同时组装成一个单一的系统。因此，mofs被认为是模拟固氮
4、金纳米团簇(au ncs)被认为是很有前景的光电子收集单元。卟啉的cbm高于auncs，表明光电子从卟啉到au ncs的转移在热力学上是有利的。因此，au ncs相当于一个电子中继站，接受来自卟啉mof(pmof)的光激发电子，有效地促进mof中光激发电子-空穴对的分离，类似于p簇在氮酶中的作用。au ncs上的自由电子也可以直接传递到吸附在au原子表面的n2分子上。与半导体中产生的光激发电子相比，au ncs中产生的载流子通常具有足够的能量来激活化学键。
5、然而，au原子不具备氮酶催化中心的电子结构，导致n2通过物理吸附发生吸附。因此，目前还未建立自由电子从au纳米碳原子向催化中心原子转移的途径，无法构建高效的n2固定光催化剂。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术公开了一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂及制备方法和应用，实现温和条件下光催化高效固氮，达到提高光催化转化氮气合成氨产量的目的。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、s1，按9.7:10的质量比，将四水合氯金酸和l-谷胱甘肽在超纯水中混合均匀，之后在65～75℃下保温，得到反应液a，将反应液a中的产物洗涤后均匀分散在超纯水中，得到分散液a；
5、s2，在60～70℃的分散液a中加入1-(3-(二甲氨基)丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基琥珀酰亚胺和l-半胱氨酸混合均匀，l-半胱氨酸和s1中四水合氯金酸的质量比为15:9.7，之后在60～80℃下保温，得到反应液b，将反应液b中的产物洗涤后均匀分散在超纯水和naoh溶液中，得到分散液b；
6、s3，将无水氯化亚铁加入到分散液b中搅拌，得到混合液，将混合液中的产物洗涤、干燥后均匀分散在超纯水中，得到分散液c；
7、按5:3的质量比，将4,4′,4′-(卟啉-5,10,15,20)-四苯甲酸和六水合氯化铝在超纯水中混合均匀，之后在160～200℃下保温，得到反应液c，将反应液c中的沉淀物洗涤、干燥后得到产物，将产物均匀分散在超纯水中，得到分散液d，按(3～10)：20的体积比，将分散液c和分散液d混合均匀，在60～70℃下保温，得到反应液d，将反应液d中的产物洗涤，得到分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂。
8、优选的，s1中，四水合氯金酸和超纯水的比例为9.7mg：6ml，之后在65～75℃下保温22～26h，得到反应液a。
9、进一步，s1在反应液a中加入乙腈，乙腈和超纯水的体积比为1:1，之后用乙腈溶液离心洗涤，乙腈溶液中超纯水和乙腈的体积比为3:1，最后将所得产物均匀分散在超纯水中，所述超纯水与四水合氯金酸的比例为2ml：9.7mg。
10、优选的，s2中，1-(3-(二甲氨基)丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基琥珀酰亚胺和l-半胱氨酸的质量比为2:1:15，l-半胱氨酸和反应液a的比例为5mg:2ml，之后在60～80℃下保温8～12h，得到反应液b；
11、所述naoh溶液的质量百分比为50％，所述naoh溶液、超纯水和l-半胱氨酸的比例为0.01ml：2ml：15mg。
12、进一步，s3中无水氯化亚铁和分散液b的比例为3umol：2ml，将无水氯化亚铁加入到分散液b中搅拌2.5～3.5min，得到混合液，先用30～50ml超纯水离心洗涤3～5次，得到初步洗涤的产物，将初步洗涤的产物在30～50ml超纯水中浸泡22～26h，再离心洗涤，所得产物继续在30～50ml超纯水中浸泡22～26h后离心洗涤，总共进行3～5次，得到二次洗涤的产物，将二次洗涤的产物再用30～50ml超纯水离心洗涤3～5次，将所得的沉淀物在55～65℃下干燥10～14h后均匀分散在与分散液b体积相同的超纯水中，得到分散液c。
13、优选的，s3中，六水合氯化铝和超纯水的比例为6mg：1ml，之后在160～200℃下保温20～26h，得到反应液c。
14、进一步，s3将反应液c中的沉淀物依次用超纯水、n、n-二甲基甲酰胺和丙酮离心，之后冷冻干燥14～16h，得到产物，最后将产物均匀分散在超纯水中，产物和超纯水的比例为4mg：1ml，得到分散液d。
15、优选的，s3中所述的保温在60～70℃的油浴中进行22～26h，得到反应液d。
16、一种由上述任意一项所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法得到的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂。
17、一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂在光催化转化氮气合成氨中的应用。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
19、本专利技术公开了一种分散金纳米粒子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，四水合氯金酸和超纯水的比例为9.7mg：6mL，之后在65～75℃下保温22～26h，得到反应液a。
3.根据权利要求2所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S1在反应液a中加入乙腈，乙腈和超纯水的体积比为1:1，之后用乙腈溶液离心洗涤，乙腈溶液中超纯水和乙腈的体积比为3:1，最后将所得产物均匀分散在超纯水中，所述超纯水与四水合氯金酸的比例为2mL：9.7mg。
4.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，1-(3-(二甲氨基)丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基琥珀酰亚胺和L-半胱氨酸的质量比为2:1:15，L-半胱氨酸和反应液a的比例为5mg:2mL，之后在60～80℃下保温8～12h，得到反应液b；
5.根据权利要求4所述的分散金纳米粒子的
6.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S3中，六水合氯化铝和超纯水的比例为6mg：1mL，之后在160～200℃下保温20～26h，得到反应液c。
7.根据权利要求6所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S3将反应液c中的沉淀物依次用超纯水、N、N-二甲基甲酰胺和丙酮离心，之后冷冻干燥14～16h，得到产物，最后将产物均匀分散在超纯水中，产物和超纯水的比例为4mg：1mL，得到分散液d。
8.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，S3中所述的保温在60～70℃的油浴中进行22～26h，得到反应液d。
9.一种由权利要求1～8中任意一项所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法得到的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂。
10.如权利要求9所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂在光催化转化氮气合成氨中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，s1中，四水合氯金酸和超纯水的比例为9.7mg：6ml，之后在65～75℃下保温22～26h，得到反应液a。
3.根据权利要求2所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，s1在反应液a中加入乙腈，乙腈和超纯水的体积比为1:1，之后用乙腈溶液离心洗涤，乙腈溶液中超纯水和乙腈的体积比为3:1，最后将所得产物均匀分散在超纯水中，所述超纯水与四水合氯金酸的比例为2ml：9.7mg。
4.根据权利要求1所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，s2中，1-(3-(二甲氨基)丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基琥珀酰亚胺和l-半胱氨酸的质量比为2:1:15，l-半胱氨酸和反应液a的比例为5mg:2ml，之后在60～80℃下保温8～12h，得到反应液b；
5.根据权利要求4所述的分散金纳米粒子的掺杂铁卟啉金属有机框架光催化剂的制备方法，其特征在于，s3中无水氯化亚铁和分散液b的比例为3μmol：2ml，将无水氯化亚铁加入到分散液b中搅拌2.5～3.5min，得到混合液，先用30～50ml超纯水离心洗涤3～5次，得到初步洗涤的产物，将初步洗涤的产物在30～50ml超...
【专利技术属性】
技术研发人员：王传义，董奇兵，李喜明，朱薏因，梁芯芯，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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