[發明專利]MFe-PBA前驅體、光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210164816.2
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114558574B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 顏廷江;朱淑澳
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/75;B01J23/755;C10G2/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 武貴

本發明提供一種MFe?PBA前驅體的制備方法，包括：1)將鐵氰化鉀溶于水中，獲得溶液A；2)將過渡金屬鹽溶于水中，獲得溶液B；所述過渡金屬鹽選自錳、銅、鎳、鈷或鋅的可溶性鹽；優選為鹵鹽、硝酸鹽或硫酸鹽；3)將溶液A與溶液B混合，于40?80℃油浴中攪拌4?8h至反應完全；4)離心并干燥沉淀物即得MFe?PBA前驅體。本發明還提供了基于上述MFe?PBA前驅體制備的光催化劑及其應用。

技術領域

本發明屬于納米材料和光催化領域，涉及MFe-PBA前驅體、光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

在當前已經能夠通過電解水、光伏發電等實現工業化制備H₂的情況下，光催化CO₂加氫生成燃料和其他有用的化學產品是有一種非常有潛力的方案，不僅能夠減少了人們對化石燃料的依賴，也能夠緩解了全球變暖、海平面上升、海洋酸化和氣候變化等自然問題。另外，這種催化技術可以利用自然界可再生、可持續的太陽光來驅動CO₂加氫反應，更符合可持續發展的要求。一般情況下，CO₂加氫的產物分為CO、CH₄、甲醇、乙醇、兩個碳以上的碳氫化合物(C₂₊)等。相對而言，C₂₊這種產品在儲能方面更有價值。目前，利用光催化CO₂加氫制備C₂₊是緩解能源短缺和溫室效應的有效途徑。

為了得到具有更高利用價值的化學物質，研究者們做了很多的探索，根據材料的特性，采用不同的實驗方案制備不同的催化劑或者通過控制CO₂加氫的條件來達到這一目的。例如，有些催化材料通常先將基底材料合成，再使用負載的方式引入Au、Pd、Rh、Pt等貴金屬以及In₂O₃等，能夠有效地提高CO₂加氫活性或優化對高價值化學品產物的選擇性，但是，原料價格昂貴，成本較高，不符合經濟效益，同時，在催化CO₂加氫反應時也僅能生成CO、CH₄、CH₃OH這樣的C₁產物；有些催化材料是通過水熱合成法制備的一系列的氧化銦(In₂O₃)光催化劑，也會以In₂O₃為基底復合或負載一些半導體材料，以實現活性的提高和產物的轉變。總之，大多數光催化材料通常需要在繁瑣苛刻的工藝流程下進行，或者通過輔以高溫高壓的實驗條件來得到C₂₊產物，這些都極大地阻礙了其實現工業化的進程，不具備大規模工業化的潛力，同時，這些光催化劑難以形成緊密接觸的金屬與氧化物界面，限制了電荷傳輸效率，不利于催化反應。因此，進一步尋找一種光催化劑為C₂₊的工業化生產提供前期的試驗和技術支持成了當前亟待解決的問題之一。

基于過渡金屬的材料以廉價的價格和良好的光催化CO₂加氫性能引起了研究者們的注意，而類普魯士藍(PBA)是常見的一種利用過渡金屬合成的材料，具有極大的作為光催化CO₂加氫材料的潛能。經調查，PBA及其衍生物已被廣泛應用于很多領域，如：專利號為CN110327899B的發明，將磁性PBA材料用于吸附土壤中放射性的銫離子，且對放射性銫離子的吸附效率非常高，可以有效地凈化土壤；專利號為CN113106559A的發明，將PBA處理得到PBA衍生物復合材料，應用于鋰離子電池負極材料，具有優異的循環性能和可逆比容量；在公開號為CN109437338B的中國發明專利中，將PBA用氨水進行刻蝕并對其進行燒結處理，可以有效地催化雙酚A的降解。然而，有關PBA應用于光催化CO₂加氫的發明未見報道。本發明則利用過渡金屬的特性，制備出PBA衍生物，并在光催化CO₂加氫實驗中取得了一定的進展，發現PBA衍生物催化劑具備良好的CO₂轉化率和C₂₊選擇性，同時保持了較好的穩定性，具有工業化的潛力。

發明內容