不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法技术

本发明专利技术涉及光电能源材料技术领域，公开了一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，包括以下步骤：将氧化亚铜溶解于纯净水中，得到蓝色溶液，然后加入氢氧化钠溶液，搅拌30分钟，加入抗坏血酸溶液，并继续搅拌3小时，得到深砖红色溶液；对深砖红色溶液过滤或者离心收集样品，用去离子水彻底清洗，并将砖红色固体进行加热干燥，根据不同的配比得到不同晶面氧化亚铜；通过加入不同质量的氯化铱得到负载不同比例铱的复合光催化材料或者通过硼氢化钠还原法制备不同晶面氧化亚铜负载铱的复合材料。本发明专利技术提供的上述方法所制备的绿色环保光催化剂，能够从根本上通过光催化方法实现了常温常压下的N2还原合成氨。还原合成氨。还原合成氨。

【技术实现步骤摘要】
不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法


[0001]本专利技术涉及光电能源材料
，具体为一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法。

技术介绍

[0002]氨(NH3)不仅在化肥和化学工业中广泛应用，而且目前还被视为碳基燃料的潜在替代品，更是全球可再生能源运输的载体。需要将现有的化石燃料基NH3生产技术转变为更简单、规模化生产的技术，氮的主要来源是氮气(N2)，它是地球大气中含量最多的单一成分(按体积计约为78％)。与氢气(H2)相比，将NH3冷凝成液体时具有可观的能量密度和可运输性，短期内可用于动力燃料电池。然而，目前工业催化氮气(N2)合成NH3技术仍然是100多年前的哈伯
‑
博施(Haber
‑
Bosch)法，它排放全球3％的二氧化碳(CO2，甲烷重整过程释放)，每年消耗世界1％～3％的全球总能量。这种需要消耗大量的资源和能源(400
‑
550℃，15
‑
25MPa)对环境影响较大的工业合成氨技术越来越失去前景。因此，科学家一直在为寻找更清洁、可持续的合成 NH3途径而努力。光催化固氮合成NH3是一种利用半导体光催化剂将清洁太阳能转化为化学能的很有前景的过程，为解决当前面临的能源危机和环境问题提供了一种新的契机。
[0003]与现有的能源密集型哈伯
‑
博施法相比，在半导体光催化剂和可再生太阳能的驱动下，光催化氮还原反应以水(H2O)为质子源实现了N2向NH3转换，从而成为了近年来一个比较前沿兼绿色环保的研究领域。从高效利用太阳光方面而言，理想的光催化剂应能吸收可见光，因为在太阳光谱中可见光占很大比例(约44％)。然而pNRR的速率主要受限于催化剂表面缺乏有效的活性位点来结合和裂解N≡N三键(910kJ mol
‑1)。因此构建具有丰富活性位点的绿色可持续半导体光催化剂来实现高效光催化合成氨仍然是一个重要且具有挑战性的主题。众所周知，氧化亚铜(Cu2O)具有成本低廉、光稳定性高、无毒无害环境友好等优点，是一种应用广泛的pNRR催化剂。但是单组分的半导体Cu2O却缺乏有效的氮气激活位点，而且其仅仅能利用紫外区的光，可见光和红外光激发下依然是没有光催化效率，难以实现利用可再生太阳能高效pNRR。
[0004]当然目前等离子金属负载半导体氧化物的材料，如Au、Pt/TiO2，Au/CdS等光催化剂已被广泛研究，但是这些催化剂的金属位点大多要么被载体氧化物包裹从而造成表面有效活性位点较少，要么与衬底的结合不牢固造成容易脱落现象，这些都会让光催化的活性大打折扣，为此我们提出了不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，有效地克服了单一Cu2O的光生电子的还原能力低以及光生载流子的高复合率的问题和光催化氮还原反应(pNRR)反应过程主要受限于其N2有效的吸附过程(化学吸
附)，此外，氮气的N≡N键是非常强的(～941kJ mol
‑
1)，使得pNRR的动力学过于缓慢，导致常见的光催化固氮合成氨体系的反应速率比较低，难以实现产业化应用。因此，为了进一步提高Cu2O的pNRR动力学，在光催化剂表面合理的增加N2吸附活性位点是一种有效的措施。基于此，我们将复合材料进行与铱结合，在Cu2O表面诱导生成N2的活性位点Cu
2+
物种，来增强N2分子的有效吸附和活化，进一步增强pNRR活性。另一方面，该复合光催化剂制备简单，成本低廉，稳定性高，有利于实现进一步产业化发展。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，包括以下步骤：
[0010]第一步：将氧化亚铜溶解于100mL纯净水中，得到蓝色溶液，然后加入10mL氢氧化钠溶液，搅拌30分钟，加入10mL抗坏血酸溶液，并继续搅拌3小时，得到深砖红色溶液；
[0011]第二步：对深砖红色溶液过滤或者离心收集样品，用去离子水彻底清洗，并将砖红色固体进行加热干燥，根据不同的配比得到不同晶面氧化亚铜；
[0012]第三步：通过加入不同质量的氯化铱得到负载不同比例铱的复合光催化材料或者通过硼氢化钠还原法制备不同晶面氧化亚铜负载铱的复合材料。
[0013]优选的，第一步中的二水氯化铜质量分别为0.17048g或者0.51144g；
[0014]氢氧化钠溶液mol/L为2M或者6M；
[0015]抗坏血酸溶液mol/L为0.6M或者1.8M。
[0016]优选的，第一步中的二水氯化铜质量为1.7048g；
[0017]氢氧化钠溶液mol/L为20M；
[0018]抗坏血酸溶液mol/L为6M。
[0019]优选的，第二步中的加热干燥为在60℃真空干燥箱干燥6
‑
10h。
[0020]优选的，通过加入不同质量的氯化铱得到负载不同比例铱的复合光催化材料的内容如下：在不同晶面氧化亚铜中加入氯化铱，加入量分别为0.00mg、0.78mg、2.30mg、3.89 mg和5.44mg，分别得到了氧化亚铜负载铱含量分别为0wt％、1wt％、3wt％、5wt％和7wt％的复合光催化材料，其中八面体氧化亚铜上Ir负载量为3wt％，记为： Cu2O
‑
111
‑
3％Ir的复合材料光催化还原N2的效率最高。
[0021]优选的，通过硼氢化钠还原法制备不同晶面氧化亚铜负载铱的复合材料内容如下：
[0022]S1：将50
‑
100mg的不同晶面氧化亚铜分散在25mL去离子水中，并与不同质量比的 IrCl2混合，进行搅拌，得到溶液一；
[0023]S2：将硼氢化钠溶液，逐滴滴加进溶液一中，室温持续搅拌；
[0024]S3：过滤或者离心收集样品，用大量去离子水彻底清洗，并在60℃真空干燥箱干燥 6
‑
10h。
[0025]优选的，S1中的搅拌时间为30min；
[0026]S2中的硼氢化钠溶液为0.01M 10mL，搅拌时间为30min
‑
60min；
[0027]S3中的干燥时间为4.0h。
[0028]优选的，所述S1中的IrCl2中x％
‑
Ir，x＝0、1、3、5和7。
[0029](三)有益效果
[0030]与现有技术相比，本专利技术提供的不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，具备以下有益效果：
[0031]1、该不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，所制备的绿色环保 (Cu2O
‑
111
‑
3％Ir)光催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将氧化亚铜溶解于100mL纯净水中，得到蓝色溶液，然后加入10mL氢氧化钠溶液，搅拌30分钟，加入10mL抗坏血酸溶液，并继续搅拌3小时，得到深砖红色溶液；第二步：对深砖红色溶液过滤或者离心收集样品，用去离子水彻底清洗，并将砖红色固体进行加热干燥，根据不同的配比得到不同晶面氧化亚铜；第三步：通过加入不同质量的氯化铱得到负载不同比例铱的复合光催化材料或者通过硼氢化钠还原法制备不同晶面氧化亚铜负载铱的复合材料。2.根据权利要求1所述的不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，其特征在于：第一步中的二水氯化铜质量分别为0.17048g或者0.51144g；氢氧化钠溶液mol/L为2M或者6M；抗坏血酸溶液mol/L为0.6M或者1.8M。3.根据权利要求1所述的不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，其特征在于：第一步中的二水氯化铜质量为1.7048g；氢氧化钠溶液mol/L为20M；抗坏血酸溶液mol/L为6M。4.根据权利要求1所述的不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，其特征在于：第二步中的加热干燥为在60℃真空干燥箱干燥6
‑
10h。5.根据权利要求1所述的不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，其特征在于：通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬雪，谭清美，牛利，张文生，刘天任，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：