一种催化乙醇制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种催化乙醇制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。所述钼基表面等离子体光催化剂为硫化钼/氧化钼复合材料，所述氧化钼由硫化钼原位光诱导氧化制备得到；所述氧化钼中钼原子价态为五价和六价，其中五价钼原子占比为10～70％。所述硫化钼/氧化钼复合材料含丰富氧空位，且硫化钼光生电子可注入氧化钼，有效提高自由电子浓度，增强其表面等离子体共振效应。采用本发明专利技术提供的光催化剂催化乙醇脱水制备乙烯时，产物选择性高、乙烯产率高，且耗能低。且耗能低。且耗能低。

【技术实现步骤摘要】
一种催化乙醇制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，尤其涉及一种催化乙醇制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]乙烯的产量是衡量一个国家化工发展水平的重要标志。而随着乙烯需求急速增长和石油能源日益短缺，传统的以石油为原料制备乙烯的工艺面临严峻挑战。以生物质发酵所得乙醇为原料，经催化脱水制备乙烯的工艺受到广泛关注，而催化剂在此过程中发挥关键作用。目前常用的催化剂主要是氧化铝、沸石、杂多酸等，但这些催化剂的催化反应条件苛刻(高温高压)、产物选择性较差。
[0003]光催化技术是一种有效利用太阳能驱动催化反应的绿色技术。半导体材料是一类应用普遍的光催化材料。三氧化钼是一种典型的宽禁带半导体，在光催化领域具有较多的研究。但是三氧化钼仅在紫外光范围内有响应，而紫外光在太阳光中仅占5％左右，且光生空穴电子对不稳定，容易复合，光催化效率较低。为提高对太阳光的利用率和光催化效率。现有技术中有采用三氧化钼和二硫化钼进行复合来提高催化效率的，但仅是将三氧化钼与二硫化钼以物理方式进行结合，其改善效果有限。

技术实现思路

[0004]针对相关技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种催化乙醇制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂及其制备方法和应用，采用该催化剂催化乙醇脱水制备乙烯时，产物选择性高、乙烯产率高，且耗能低。
[0005]本专利技术提供了一种催化乙醇脱水制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂，所述光催化剂为硫化钼/氧化钼复合材料，所述氧化钼由硫化钼原位光诱导氧化制备得到；所述氧化钼中钼原子价态为五价和六价，其中五价钼原子占比为10～70％。
[0006]优选的，所述硫化钼为二维纳米片状材料，尺寸为100～600纳米，钼原子价态为四价。
[0007]优选的，所述硫化钼/氧化钼复合材料中，氧化钼纳米颗粒分布在硫化钼纳米片边缘和表面，氧化钼纳米颗粒为尺寸为30～300纳米的纳米颗粒。
[0008]优选的，硫化钼/氧化钼复合材料含有氧空位，在600
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1000纳米范围内具有显著的表面等离子体共振吸收效应。
[0009]本专利技术提供了一种上述任意一项所述的钼基表面等离子体光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将硫化钼与去离子水混合进行超声，得到硫化钼分散液；
[0011]在所述硫化钼分散液中通入氧气，并采用氙灯辐照，得到所述钼基表面等离子体光催化剂。
[0012]优选的，所述硫化钼与去离子水的质量比为(3～6):1000；所述超声的功率为100～400瓦，超声的时间为10～20分钟；所述氧气为分析纯度，通入速率为5～100毫升/分钟，氧气通入的时间为5分钟；所述辐照的光强为280～320毫瓦/平方厘米，辐照的时间为50～70分钟。
[0013]本专利技术提供了一种所述任意一项所述的钼基表面等离子体光催化剂在催化乙醇脱水制备乙烯中的应用，所述乙醇脱水制备乙烯的方法包括如下步骤：
[0014]将钼基表面等离子体光催化剂与去离子水混合、超声，得到催化剂分散液；
[0015]将所述催化剂分散液滴附在玻璃片上，在氮气环境中加入乙醇，再置于氙灯下进行辐照，得到乙烯产物。
[0016]优选的，所述钼基表面等离子体催化剂与乙醇的质量体积比为(2～10)毫克:100微升。所述辐照的光强为280～320毫瓦/平方厘米，辐照的时间为170～190分钟。
[0017]本专利技术提供了一种钼基表面等离子体光催化剂，该催化剂采用“原位光诱导氧化法”在硫化钼二维纳米材料表面或边缘生成氧化钼纳米颗粒，形成富含氧空位的硫化钼/氧化钼复合结构。该结构中，硫化钼光生电子注入，可有效增强氧化钼表面等离子体共振效应，提高复合材料光吸收，进而扩大光谱响应范围，提高光催化活性，进而提高乙烯产率。紫外
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可见
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近红外光全光谱辐照可同时激发氧化钼表面等离子体热电子和光热效应，协同促进乙烯高选择性产生。
[0018]本专利技术提供的制备方法简单，且采用本专利技术制备得到的表面等离子体硫化钼/氧化钼复合材料作为催化剂催化乙醇制备乙烯时，无需在高温高压下进行，在常温差压下利用太阳光即可实现，能耗低。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1为本专利技术实施例1中制备得到的钼基表面等离子体光催化剂透射电子显微镜图；
[0021]图2为本专利技术实施例1中制备得到的钼基表面等离子体光催化剂的X射线光电子能谱；
[0022]图3为实施例1中制备得到的钼基表面等离子体光催化剂的电子顺磁共振波谱；
[0023]图4为实施例1中制备得到的钼基表面等离子体光催化剂的吸收光谱；
[0024]图5本专利技术实施例4中光催化乙烯产率随时间变化的曲线图；
[0025]图6为本专利技术实施例4中光催化乙醇脱水反应产物的选择性。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术提供了一种催化乙醇脱水制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂，所述光
催化剂为硫化钼/氧化钼复合材料，所述氧化钼由硫化钼原位光诱导氧化制备得到；所述氧化钼中钼原子价态为五价和六价，其中五价钼原子占比为10～70％。
[0028]在本专利技术中，所述氧化钼由硫化钼原位光诱导氧化制备得到，优选由硫化钼边缘或者表面上的钼原子原位光诱导氧化生成。在本专利技术中，所述五价钼原子的占比优选为50％。在本专利技术中，所述硫化钼/氧化钼复合材料中的氧化钼优选为尺寸为30～300的纳米颗粒。
[0029]在本专利技术中，所述硫化钼/氧化钼复合材料中的硫化钼优选为二维纳米片状材料，尺寸优选为100～600纳米，钼原子价态优选为四价，所述硫化钼购自北京翰隆达科技发展有限公司。
[0030]本专利技术提供的钼基表面等离子体光催化剂为光诱导氧化制备的硫化钼/氧化钼复合材料，通过硫化钼光生电子注入可以有效增强氧化钼表面等离子体共振效应，提高复合材料光吸收，进而扩大光谱响应范围，提高光催化活性，进而提高乙烯产率。同时在紫外
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可见
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近红外光全光谱辐照下，激发氧化钼表面等离子体热电子和光热效应，协同促进乙烯高选择性产生。
[0031]本专利技术提供了一种上述方案所述的钼基表面等离子体光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0032]将硫化钼与去离子水混合进行超声，得到硫化钼分散液；
[0033]在所述硫化钼分散液中通入氧气，采用氙灯进行辐照，得到钼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化乙醇脱水制备乙烯的钼基表面等离子体光催化剂，其特征在于，所述光催化剂为硫化钼/氧化钼复合材料，所述氧化钼由硫化钼原位光诱导氧化制备得到；所述氧化钼中钼原子价态为五价和六价，其中五价钼原子占比为10～70％。2.根据权利要求1所述的钼基表面等离子体光催化剂，其特征在于，所述硫化钼为二维纳米片状材料，尺寸为100～600纳米，钼原子价态为四价。3.根据权利要求1所述的钼基表面等离子体光催化剂，其特征在于，所述硫化钼/氧化钼复合材料中，氧化钼纳米颗粒分布在硫化钼纳米片边缘和表面，氧化钼纳米颗粒为尺寸为30～300纳米的纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的钼基表面等离子体光催化剂，其特征在于，硫化钼/氧化钼复合材料含有氧空位，在600
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1000纳米范围内具有显著的表面等离子体共振吸收效应。5.权利要求1～4任意一项所述的钼基表面等离子体光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硫化钼与去离子水混合进行超声，得到硫化钼分散液；在所述硫化钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄在祝，李娟，卢长海，刘振峰，涂博，陈鑫成，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：