[發(fā)明專利]一種硫化鉍復合鉭鈮酸鉀催化劑及該催化劑的制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112275298B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 何益明;王軍峰;李曉靜;戴孝全;陳璐
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C01C1/04
• 代理公司: 杭州裕陽聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 金方瑋

本發(fā)明涉及一種硫化鉍復合鉭鈮酸鉀催化劑及該催化劑的制備方法與應用，所述催化劑的通式為x％Bi₂S₃/KTa_0.75Nb_0.25O₃，其中，x為催化劑中Bi₂S₃與KTa_0.75Nb_0.25O₃的摩爾比，0.1≤x≤5。本發(fā)明將KTa_0.75Nb_0.25O₃材料應用于壓電催化和光催化固氮，在超聲振動或光照的作用下將N₂催化還原為氨。Bi₂S₃的負載則進一步提高了KTa_0.75Nb_0.25O₃的壓電催化和光催化合成氨性能。

技術領域

本發(fā)明涉及光、機械震動聯(lián)合催化劑材料領域，具體涉及一種硫化鉍復合鉭鈮酸鉀催化劑及該催化劑的制備方法與應用。

背景技術

作為一種理想的綠色燃料，H₂被認為是未來化石能源的替代品。然而，高昂的生產(chǎn)成本和儲運的困難極大地限制了其應用前景。氨由一個氮原子和三個氫原子組成，易于分解為氮氣和氫氣，并具有易液化的特性，因此被認為是比H₂更好的氫能載體。然而，與氫氣一樣，氨也面臨著高生產(chǎn)成本的問題。目前，工藝是工業(yè)上使用最廣泛的合成氨工藝，但其高溫，高壓反應條件以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量溫室氣體顯然與可持續(xù)發(fā)展的要求不符。因此，尋求一種綠色、節(jié)能、高效的合成氨方法值得研究。

1977年首次報道了使用光能和半導體催化劑進行固氮，這與生物固氮相似，具有反應條件溫和，能耗低和零碳排放的優(yōu)點。得益于這些優(yōu)勢，已生產(chǎn)出一系列半導體材料，例如g-C₃N₄(J.Mater.Chem.A 2015,3：23435-23441)，ZnO(J.Phys.Chem.C 2010,114：2622-2632)，和KNbO₃(ACS Sustain.Chem.Eng.2019,7：12408-12418)，并在光催化固氮領域進行了廣泛研究。最近，發(fā)明人團隊合成了一種高效的催化劑KTa_0.75Nb_0.25O₃(KTN)固溶體，用于光催化氫氣的釋放(Fuel 2019，241：1-11)。與KNbO₃相比，合成的KTN固溶體的導帶更寬，位置更負，表明KTN中的光生電子具有更強的還原性和更好的遷移率。以上兩個優(yōu)點使KTN固溶體具有更高光催化制H₂性能。同時，這表明KTN可能是光催化固氮的潛在有效催化劑，基于KTN的復合材料的設計和制備是實現(xiàn)高效光催化固氮的可行方法。Bi₂S₃是具有窄帶隙和良好的可見光響應的層狀金屬硫化物。它作為助催化劑的裝飾可以提高電子-空穴分離效率和/或增加光響應范圍，這已在許多復合光催化劑中得到驗證。Bi₂S₃對KTN呈現(xiàn)合適的能帶勢，表明它也是KTN的適合的助催化劑。就我們所知，還沒有關于Bi₂S₃/KTN的光催化N₂固定研究的報道。