一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及工业化学技术领域，且公开了一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，在介孔CeO2载体衬底中负载金属Pd形成优越的Ce

【技术实现步骤摘要】
一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及工业化学
，具体为一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法。

技术介绍

[0002]固氮反应是自然界中最重要的化学过程之一，因为它对人类和地球生态系统都至关重要。氨(NH3)是N2固定的主要产品，也是生产最广泛的化学品，年产量超过2亿吨。近80％的合成NH3被用作合成肥料的工业原料，此外，NH3还为大多数生物合成蛋白质和氨基酸的基本组成部分提供了氮元素。到目前为止，工业固氮合成NH3是通过高温高压的哈伯
‑
博施法实现的；这样一个过程需要消耗大量的资源和能源，需要复杂的大规模基础设施，同时会排放大量的二氧化碳，对环境影响巨大。因此，迫切需要开发一种新的能耗低、绿色、可持续的固氮合成NH3方法。
[0003]与现有的能源密集型哈伯
‑
博施法相比，光催化氮还原反应(photocatalytic N2reduction reaction，pNRR)以水(H2O)为质子源，它具有高重量氢含量(17.8％)、高能量密度(4.3kW h kg
‑1)，无二氧化碳(CO2)排放，也容易变成液体(
‑
33℃)进行运输等特点，在半导体光催化剂和可再生太阳能的驱动下。在半导体光催化剂和可再生太阳能的驱动下，实现N2向NH3转换成为了近年来一个比较前沿兼绿色环保的研究领域。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。
[0004]氧化铈(IV)(CeO2)具有良好的电子/离子导电性，因为Ce
3+
和Ce
4+
氧化态之间的过渡。暴露的Ce
3+
基团充当吸附气体或催化反应中间体的表面催化位点。缺陷工程能够有效地操纵金属氧化物的电子结构，并调节太阳能驱动的氮固定中的催化活性，这可以为向吸附的N2分子输送电子提供配位不饱和位点(CUS)，并削弱N≡N三键。此外，可以在表面上快速形成并消除氧空位缺陷。因此，CeO2是开发富缺陷催化剂的理想材料。
[0005]如我们所知，许多工业化学过程都需要显著降低反应活化能的催化剂，包括二氧化硫(SO2)转化为硫酸(H2SO2)、甲醇(CH3OH)合成和N2固定等反应。此外，等离子金属负载半导体氧化物的材料已被广泛研究，但是这些催化剂受局部尺寸、形状和其他纳米结构特征的影响，不同的表面活性位点通常表现出不同的活性，造成修饰氧空位(OVs)、杂原子等位点易失活、负载金属纳米粒子易脱落稳定性差的弊端，为此我们提出了一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法。

技术实现思路

[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，本专利技术在介孔CeO2载体衬底中负载金属Pd形成优越的Ce
‑
Pd界面，使表面等离子效
应最大化的同时让表面Pd金属位点半暴露出来，可以有效构建丰富N2吸附结合位点以最优化pNRR活性，同时解决CeO2衬底不能有效利用可再生太阳能问题，也可以解决像修饰氧空位(OVs)、杂原子等位点易失活、负载金属纳米粒子易脱落稳定性差的弊端，材料合成操作过程简单，可行性强。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]第一步：将Ce(NO3)3·
6H2O以及NaOH分别溶于5mL去离子水；
[0011]第二步：将Ce(NO3)3·
6H2O溶液缓慢滴入NaOH溶液中并搅拌，得到混合溶液；
[0012]第三步：将混合溶液放置于高压釜进行高温处理，然后进行离心收集，洗涤，干燥，得到得到CeO2‑
X；
[0013]第四步：将50mg的CeO2‑
X分散在25mL去离子水中与PdCl3混合搅拌；
[0014]第五步：将硼氢化钠溶液滴加进溶液中，室温持续搅拌，过滤或者离心收集样品，用大量去离子水和乙醇彻底清洗，干燥，得到CeO2‑
X负载钯的复合材料。
[0015]优选的，Ce(NO3)3·
6H2O为4mmol，NaOH为360mmol或者0.6mmol。
[0016]优选的，第二步的搅拌时间为30min。
[0017]优选的，第三步中的高温处理为100℃
‑
180℃下保持24h；
[0018]洗涤条件为采用蒸馏水和乙醇洗涤五次；
[0019]干燥条件为在80℃下干燥12h。
[0020]优选的，第四步中金属Pd质量为3wt％。
[0021]优选的，第五步中硼氢化钠溶液为0.01M 10mL；
[0022]搅拌时间为30min；
[0023]干燥条件为在80℃下干燥12h。
[0024](三)有益效果
[0025]与现有技术相比，本专利技术提供了一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，具备以下有益效果：
[0026]1、该晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，针对该光催化反应中我们所制备的绿色环保(3％Pd
‑
CeO2‑
X)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。有效地克服了单一氧化亚铜光催化还原N2效率较低、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。
[0027]2、该晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，针对该光催化反应合成工艺，优越的Ce
‑
Pd界面，使表面等离子效应最大化，解决CeO2衬底对可再生太阳能利用率比较低的问题，有效克服像修饰氧空位(OVs)、杂原子等方法造成位点易失活、负载金属纳米粒子易脱落的弊端。
[0028]3、该晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，方案合成工艺简单，可以有效简化工艺流程，材料合成时间明显减少，成本较低，适合工业推广使用。该复合半导体光催化体系制备方法简便且成本低廉，非常适于产业化应用于光催化制取氨气。
附图说明
[0029]图1为为实施例1
‑
3的TEM和高分辨示意图；
[0030]图2为对比例1
‑
3催化剂的扫描电子显微镜图(TEM)和高分辨示意图；
[0031]图3用程序升温氮气脱附(TPD)实验对实施例1
‑
3和对比例1
‑
3催化剂吸附氮气情况研究示意图；
[0032]图4为光照射下实施例
‑
3和对比例1
‑
3催化剂光催化氨合成产量示意图；
[0033]图5为对比例1的循环试验示意图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将Ce(NO3)3·
6H2O以及NaOH分别溶于5mL去离子水；第二步：将Ce(NO3)3·
6H2O溶液缓慢滴入NaOH溶液中并搅拌，得到混合溶液；第三步：将混合溶液放置于高压釜进行高温处理，然后进行离心收集，洗涤，干燥，得到得到CeO2‑
X；第四步：将50mg的CeO2‑
X分散在25mL去离子水中与PdCl3混合搅拌；第五步：将硼氢化钠溶液滴加进溶液中，室温持续搅拌，过滤或者离心收集样品，用大量去离子水和乙醇彻底清洗，干燥，得到CeO2‑
X负载钯的复合材料。2.根据权利要求1所述的一种晶面依赖的氧化铈光催化固氮材料的制备方法，其特征在于：Ce(NO3)3·

【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：