[發明專利]一種全光譜光催化合成氨Ti3

在審

• 申請號: 202010059504.6
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111151276A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 王梁炳;侯婷婷;李琪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C01C1/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 趙進;顏勇

本發明公開了一種全光譜光催化合成氨Ti₃C₂T_x/TiO₂復合材料及其制備方法和應用，所述的Ti₃C₂T_x/TiO₂復合材料具有片層結構，在Ti₃C₂T_x表面上原位生長TiO₂，通過在氧化性氣氛中，將Ti₃C₂T_x Mxene于200～600℃下煅燒制得。本發明的Ti₃C₂T_x/TiO₂復合材料，能在紫外光/可見光/紅外光條件下，實現全光譜輻照下N₂光固定合成氨，制備工藝簡單，可用于常溫常壓下光催化合成氨，其催化劑活性高，性質穩定，能多次重復利用。

技術領域

本發明屬于光催化合成氨技術領域，涉及一種全光譜光催化合成氨Ti₃C₂T_x/TiO₂復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

氨是一種極其重要的化工產品，關乎農業、能源與環境。全球每年的NH₃產量可達一億噸以上，其中大多數用于化肥生產，促進農業發展；除此之外，在有機化學和無機化學方面，氨也可用作生產其他化工產品的原料，如合成纖維、硝酸和含氮無機鹽等。同時，NH₃因含氫量高、能量密度大、易液化等特點而具有顯著的能源載體屬性，可作為一種潛在的良好儲能材料。使用水作為還原試劑和質子源在室溫下直接光固定N₂是一種可持續生產的合成氨過程。由于N₂和H₂O的極端惰性，通常只能使用能量較高的紫外線/可見光來克服N₂還原和H₂O氧化的額外超電位。能量較低的紅外(IR)/近紅外(NIR)光占太陽能的近50％，具有弱散射和漫反射能力以及極強穿透力。因此，有效利用紅外/近紅外光提供了提高全光譜輻照下N₂光固定效率的機會。在若干研究人員的努力下，IR/NIR光驅動N₂光固定取得了初步進展。利用紅外/近紅外光的一個有效策略是將雜質引入光催化劑，在半導體光催化劑的價帶和導體帶之間建立部分占用帶。這一策略可同時保證氧化還原電位的能量和紅外/近紅外光的收集，例如摻雜的銅離子精確控制TiO₂的缺陷帶，在700nm的光照下導致NH₃的釋放速率為0.72μmol/g_cat·h^[1]。由于在NIR區域發生共振，將等離激元金屬納米晶體與半導體集成是實現NIR光驅動N₂光固定的另一種有效策略。最近，Jia等人發現^[2]，使用CH₃OH作為犧牲還原劑，負載在CeO₂上的等離子Au納米晶體在808nm激光照射下具有高的光催化固氮能力。盡管取得了這些進展，但是IR/NIR光驅動的N₂固色的活性仍然遠遠不能令人滿意。因此，迫切需要開發高活性的光催化劑以在IR/NIR光下有效地將N₂轉化為NH₃，但這仍然是一個巨大的挑戰。

[1]T.Oshikiri,K.Ueno,H.Misawa,Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,9802-9805.

[2]U.Aslam,S.Chavez,S.Linic,Nat.Nanotechnol.2017,12,1000-1005.

發明內容