[發明專利]一種堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110692078.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113318725B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李解元;陳瑞敏;董帆;盛劍平;孫艷娟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: B01J23/02
• 分類號: B01J23/02;B01J35/02;B82Y30/00;B82Y40/00;C01C1/02
• 代理公司: 重慶中之信知識產權代理事務所(普通合伙) 50213
• 代理人: 羅慶

本發明提供了一種堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法及應用，屬于光催化材料技術領域；通過稱取酸性添加劑與鈦源，水熱合成二氧化鈦納米片，其中二氧化鈦納米片尺寸為10?40nm；然后將二氧化鈦納米片用極性溶劑洗滌，做離心作業后烘干，得到二氧化鈦粉末；再將二氧化鈦粉末放入堿土金屬氯化鹽、硝酸鉀和乙二醇的混合溶液中攪拌溶解，將混合液進行光催化，得到負載在二氧化鈦表面的堿土金屬氧化物亞納米團簇，團簇尺寸為0.4?1.0nm；且本發明所得到的堿土金屬亞納米團簇具有極好的光催化合成氨性能，操作簡便易于實施，綠色環保，適合推廣使用。

技術領域

本發明涉及光催化劑技術領域，尤其涉及一種堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法及應用。

背景技術

團簇是由幾個至幾千個原子、分子、離子通過物理和化學結合力組成的相對穩定聚合體，通常認為粒徑小于2.0nm的粒子被稱為納米團簇，核心尺寸小于1.0nm的微小粒子被定義為亞納米團簇。納米團簇是關聯宏觀金屬顆粒與金屬單原子微觀結構的理想研究模型。

近年來，硝酸鹽還原合成氨作為一種低能耗合成氨技術，逐漸得到關注，太陽光驅動的光催化技術作為一種溫和、綠色的新型催化技術在溫和合成氨方面具有巨大的應用潛力。目前階段，金屬團簇的制備條件苛刻，多需要配體保護，并且研究人員多關注于貴金屬納米團簇的制備與調控，然而由于貴金屬的加工制備成本較高且貴金屬在自然界的含量較低，會對納米團簇的制備產生局限性。而堿土金屬(鎂、鈣、鍶、鋇等)在自然界的含量豐富且價格低廉，因此亟需尋找一種簡單易操作的堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法來對貴金屬納米團簇進行替代。

發明內容

針對現有技術中所存在的不足，本發明提供了一種堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法及應用，其解決了現有技術中金屬團簇制備條件復雜且貴金屬的成本較高會對納米團簇的制備產生局限性的問題。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種堿土金屬氧化物亞納米團簇的制備方法，包括以下步驟：

S1：稱取酸性添加劑與鈦源，水熱合成二氧化鈦納米片，其中二氧化鈦納米片尺寸為10-40nm；

S2：將二氧化鈦納米片用極性溶劑洗滌，離心后烘干，得到二氧化鈦粉末；

S3：將二氧化鈦粉末放入堿土金屬氯化鹽、硝酸鉀和乙二醇的混合溶液中攪拌，將混合液進行光催化，得到負載在二氧化鈦表面的堿土金屬氧化物亞納米團簇，團簇尺寸為0.4-1.0nm。

進一步的，S1的酸性添加劑為氫氟酸；鈦源為太酸四丁酯；所述酸性添加劑與鈦源的摩爾比為3.5:20。

進一步的，S1中需要先將酸性添加劑與鈦源進行攪拌，攪拌時間為15-30min，攪拌速度為600-800rpm；再進行水熱，其中水熱反應時間為12-24h，水熱溫度為160-200℃。

進一步的，極性溶劑包括：乙醇、氫氧化鈉與水；然后依次使用乙醇、氫氧化鈉與水將二氧化鈦納米片清洗至中性。

進一步的，S2中的烘干為：選用烘箱，溫度為45-60℃。

進一步的，S3中堿土金屬氯化鹽包括：氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇其中的任意一種，記為XO_NCs-TNS(X＝Mg,Ga,Sr,Ba)，所述堿土金屬氯化鹽濃度為200mg/L。

進一步的，S3中光催化為使用300W的氙燈，光照時間為1-3h。

作為本發明的一種優選方案，采用上述任意一種制備方法制得堿土金屬氧化物亞納米團簇。

作為本發明的一種優選方案，一種堿土金屬氧化物亞納米團簇在光催化硝酸根還原合成氨中的應用。

有益效果：