应用于双功能光催化合成氨的D制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于双功能光催化合成氨（即分别以压缩空气和硝酸盐为反应物）的D

【技术实现步骤摘要】
through a Dissociative Mechanism under Mild Conditions)，实现在可见光条件下光催化合成氨，但是，该实验中的金为贵重金属，不利于实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种应用于双功能光催化合成氨的D
O
‑
CoBi
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MOFs纳米催化剂的制备及其应用方法。该催化剂的层状结构使其表面积增大，吸附并活化N2能力增强，有利于增强合成氨效率。
[0006]本专利技术的技术方案：应用于双功能光催化合成氨的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：该D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂由金属节点和有机配体复合得到，制备方法包括有如下步骤：S1：将4.4mg、0.015mmol的Co(NO3)2·
6H2O；7.2mg、0.015mmol的Bi(NO3)3·
5H2O；0.8mg、0.01mmol的吡嗪；60mg的聚乙烯吡咯烷酮，溶解于24mL的二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶液中，二甲基甲酰胺和无水乙醇的体积比为3:1；S2：将8.0mg、0.01mmol的TCPP溶解于8mL的DMF和乙醇的混合溶液中，DMF和乙醇的体积比为3:1；S3：随后，在500
‑
1000r/min搅拌速度下，将S2溶液缓慢地注入S1溶液中，再超声处理30 min，最后将混合溶液转移到玻璃小瓶中，在80℃下加热24h；S4：得到的材料用无水乙醇洗涤若干次，并以8000r.p.m离心收集即得所需D
O
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CoBi
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MOFs超薄纳米片。
[0007]前述的应用于双功能光催化合成氨的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的制备方法中，步骤S4去醇洗具体操作方法为，在溶液中加入乙醇，然后放入离心机中离心分离，去除掉上清液。
[0008]一种应用于双功能光催化合成氨的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的应用方法，称取10mg的 D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂放入容器，加入100mL水中，并向其中通入压缩空气曝气，然后对容器进行搅拌，之后将该混合液放在光源下照射，收集产生的气体即得所需合成氨；或者称取5
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10mg的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂放入容器，再加入100mL的50 ppm的KNO3溶液，并向其中通入氩气排空空气，然后对容器进行搅拌，之后将该溶液放在光源下照射，收集产生的气体即得所需合成氨。
[0009]前述的应用于双功能光催化合成氨的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的应用方法中，通入压缩空气曝气过程中，通入量为15～25 ml/min，压缩空气经过酸洗和碱洗，并通过干燥处理。
[0010]前述的应用于双功能光催化合成氨的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的应用方法中，光源的光照强度为8000～10000lux。
[0011]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的D
O
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CoBi
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MOFs纳米催化剂由于该材料的层状结构使其表面积增大，氧空位可以增强吸附并活化N2能力，有利于改善合成氨性能。而本方法还原合成氨的过程中，仅需在常温常压下，利用可见光和催化剂就可以将水和硝酸根/空气合成NH3，极大的降低了能源消耗和成本，同时该反应将H2用H2O取代，为原料的运输和保存提供了极大的便利。
[0012]使用本专利技术的纳米催化剂还原合成氨的过程中，每隔半个小时进行采样，并用纳
什试剂分光光度法检测合成氨的浓度，D
O
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CoBi
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MOFs纳米材料用于催化空气合成氨的三小时平均产率约173.0 μmol
·
g
‑1·
h
‑1，催化硝酸根还原合成氨的三小时平均产率约93.19
ꢀµ
mol
·
g
‑1·
h
‑1。
附图说明
[0013]附图1是所制备的D
O
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CoBi
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MOFs系列纳米催化剂的X
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射线衍射图（XRD），横坐标是两倍的衍射角（degree），纵坐标是衍射峰的强度(a .u .)；附图2是制备的D
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CoBi
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MOFs 纳米催化剂的扫描电镜图（SEM）、透射电镜（TEM）和元素分析（EDS）；附图3是制备的D
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的紫外
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可见光吸收光谱（DRS）；附图4是制备的D
O
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CoBi
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MOFs 纳米催化剂的X
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射线光电子能谱图（XPS），横坐标是结合能（eV），纵坐标是信号强度（a .u .）；附图5是制备的D
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CoBi
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MOFs系列纳米催化剂的电子顺磁谱（EPR）；附图6是制备的D
O
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CoBi
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MOFs系列催化剂的荧光光谱图（PL）；附图7是制备的D
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CoBi
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MOFs系列纳米催化剂的瞬态荧光光谱图（TRPL）；附图8是制备的D
O
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CoBi
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MOFs 纳米催化剂光催化模拟空气产氨效率；附图9是制备的D
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CoBi
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MOFs 纳米催化剂光催化硝酸盐还原产氨效率；附图10是最佳样品D
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CoBi
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MOFs光催化空气合成氨的反应路径及其自由能垒；附图11是最佳样品D
O
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CoBi
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MOFs光催化还原硝酸盐合成氨的反应路径及其自由能垒。
[0014]由图1中可以看出D
O
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CoBi
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MOFs NS与O
V
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Cu
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MOFs NS都显示出典型的（002）、（210）、（004）和（110）晶面衍射峰。在20
‑
35
˚
发生明显的峰型变化，且（004）和（210）晶面衍射峰发生明显增强这些归因于D
O
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CoBi
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MOFs NS样品中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于双功能光催化合成氨的D
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CoBi
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MOFs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：该D
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CoBi
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MOFs纳米催化剂由金属节点和有机配体复合得到，制备方法包括有如下步骤：S1：将4.4mg、0.015mmol的Co(NO3)2·
6H2O；7.2mg、0.015mmol的Bi(NO3)3·
5H2O；0.8mg、0.01mmol的吡嗪；60mg的聚乙烯吡咯烷酮，溶解于24mL的二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶液中，二甲基甲酰胺和无水乙醇的体积比为3:1；S2：将8.0mg、0.01mmol的TCPP溶解于8mL的DMF和乙醇的混合溶液中，DMF和乙醇的体积比为3:1；S3：随后，在500
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1000r/min搅拌速度下，将S2溶液缓慢地注入S1溶液中，再超声处理30 min，最后将混合溶液转移到玻璃小瓶中，在80℃下加热24h；S4：得到的材料用无水乙醇洗涤若干次，并以8000r.p.m离心收集即得所需D
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MOFs超薄纳米片。2.根据权利要求1所述的应用于双功能光催化合成氨的D
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MOFs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S4去醇洗具体操作方法为，在溶液中加入乙醇，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝军，赵文军，牟金成，李雪颖，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：