[發明專利]一種具有豐富晶格缺陷位點的二氧化鈦鉬基光催化劑及其制備和在光催化固氮上的應用

有效

• 申請號: 202210707546.5
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114950511B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 鄭輝;陳良臣;陳雨彤;韓維航;楊一帆
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C01C1/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開一種具有豐富晶格缺陷位點的二氧化鈦鉬基光催化劑及其制備和在光催化固氮上的應用。將乙酰丙酮鉬和葡萄糖加入到乙醇和純凈水的混合溶劑中，再加入氯化鈉第二次攪拌8?12min，得到前驅體溶液；然后將前驅體溶液放入管式爐中，惰性氣氛、600℃?1000℃下煅燒1?3h，自然降溫到室溫，得到Mo₂C@C；將Mo₂C@C與TiO₂加入無水乙醇超聲分散。本發明制備的TiO₂/Mo₂C@C復合材料具有平面規則形狀和豐富的晶格缺陷位點。TiO₂/Mo₂C@C異質結光催化劑在光催化固氮過程中完全不涉及犧牲劑的使用，能有效將光生電子與空穴分離，能使催化劑利用光能更好的選擇性的將氮氣轉化為氨。

技術領域

本發明屬于半導體材料領域，涉及一種具有豐富的晶格缺陷位點的二氧化鈦鉬基光催化劑及其制備和在光催化固氮上的應用，具體是一種TiO₂/Mo₂C@C異質結光催化材料。

背景技術

氨是人類生產生活中一種重要的化合物，它不僅是組成氨基酸、核苷酸重要分子，而且在合成化肥、制藥、合成纖維等方面也有應用。氮氣是自然界空氣中含量最多的氣體，約占空氣體積的78％。由于氮氣中氮氮三鍵(940.95KJ/mol)的穩定性，氮氣很難參與一些化學反應。目前工業上通過Haber-Bosch工藝利用氮氣和氫氣在鐵基催化劑高溫高壓條件下合成氨氣，該過程需要消耗大量化石能源并排放出大量的二氧化碳。因此，常溫下的固氮成為化學界一個重要的研究課題之一。

目前人類利用光能或者電能在催化劑的作用下將氮氣轉化為氨。特別是光催化固氮，光能的合理利用更符合未來可持續發展的理念。迄今為止，已經研究了包括金屬氧化物、硫化物、金屬-有機骨架(MOFs)催化劑等。在光催化領域，TiO₂的使用最為廣泛，由于TiO₂能產生高能的電子，并且能將水氧化成氧氣能減少空穴犧牲劑使用，但由于TiO₂缺乏氮氣活性位點，在光催化固氮領域一般需要經過摻雜、構建異質結等改性的方式提高TiO₂在光催化固氮的應用(X.Bian,et al.ACS Materials.Letters.2021，11：1521-152)。Mo基材料在NRR領域已經通過理論計算得到證實，擁有具備激活氮氮三鍵的能力。六方碳化二鉬(簡稱Mo₂C)作為催化劑由于它具有良好的導電性和析氫能力，在光電催化領域有廣泛的應用(Xu.X,et al.Applied Catalysis B:Environmental.2020,272:118984.)。

在此，本發明通過將TiO₂與Mo₂C@C構建復合材料，增強其對光的相應能力，使用葡萄糖與乙酰丙酮鉬燒結制備碳化鉬增大其表面積和增加了反應的活性位點。通過管式爐燒結制備Mo₂C@C，然后在Mo₂C@C中加入TiO₂納米粒子，通過超聲分散并蒸發干燥得到TiO₂/Mo₂C@C光催化劑。工作表明，與純TiO₂相比，TiO₂/Mo₂C@C異質結光催化劑能有效將光生電子與空穴分離，能使催化劑利用光能更好的選擇性的將氮氣轉化為氨。

發明內容

本發明的第一個目的是針對現有技術的不足，提供一種具有豐富的晶格缺陷位點的二氧化鈦鉬基光催化劑的制備方法。

一種具有豐富的晶格缺陷位點的二氧化鈦鉬基光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1).Mo₂C@C復合材料的制備