本发明专利技术公开了一种Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO<subgt;2</subgt;光催化剂及其制备方法和在光催化烷烃非氧化脱氢制烯烃中的应用。本发明专利技术首先用表面有机金属化学方法制备出带有有机配体的单原子光催化剂，再通过煅烧得到单原子光催化剂，然后与光沉积方法相结合制备出同时含有单原子和纳米颗粒的光催化剂。所得光催化剂中Ni单原子能够使相邻的Pd纳米颗粒选择性的光催化烷烃脱氢制烯烃，因此该光催化剂在光催化烷烃非氧化脱氢制烯烃中具有优良的脱氢活性、较高的产物选择性和抗积碳能力。
1、乙烯和丙烯是全球产量和消耗量最大的基本有机化工原料之一，常被广泛称为石油化工的基石，并且乙烯的产量已经被认为是衡量一个国家在石油化工发展水平方面的重要指标之一。而随着我国对烯烃需求的快速增长，近年来烯烃的供应日趋紧张。目前工业上生产烯烃的方法主要是通过蒸汽裂解石脑油，但是这需要高温高压的反应条件，并伴随着其他副产物的生成。
2、近些年随着页岩气的出现，对其开发和利用已经成为全球能源领域关注的热点问题。其中，乙烷作为页岩气中含量第二丰富的组分，由于其催化脱氢制乙烯的低成本、能耗小而受到广泛关注。目前，乙烷脱氢制乙烯的反应一般分为乙烷氧化脱氢和乙烷非氧化脱氢两类。虽然乙烷氧化脱氢在热力学上更有利，但由于生成的乙烯比反应物乙烷具有更高的反应活性，因此经常发生过度氧化，产生co2和co。与乙烷氧化脱氢相比，乙烷非氧化脱氢在避免过氧化和生产有价值的乙烯和氢燃料方面具有独特的优势。然而，无论是工业上使用石脑油裂解制乙烯还是通过热催化法进行乙烷脱氢制乙烯，都需要高温的反应条件。这种苛刻的高温条件会导致金属发生烧结，从而使催化剂快速失活、稳定性差，需要频繁再生，并且还会降低目标产物选择性。而利用光催化技术将烷烃脱氢制烯烃可以大大降低金属在高温下的烧结现象，从而提高催化剂的运行周期。然而，目前光催化烷烃制烯烃的催化反应大多数为有氧脱氢，这极大限制了烯烃的选择性。
>技术实现思路1、本专利技术的目的是提供一种ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂及其制备方法和在光催化烷烃非氧化脱氢制烯烃中的应用，该光催化剂具有优异的活性和烯烃的选择性，且其稳定性强，有很强的抗积碳能力。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的目的之一是保护一种ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂，其中ni以单原子形式、pd以纳米颗粒形式分别均匀分布于tio2表面，构成所述tio2光催化剂。
4、进一步地，所述光催化剂中，ni的含量为0.4wt%~1wt%，pd的含量为0.2wt%~1.5wt%。
5、本专利技术的目的之二是保护所述ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂的制备方法包括以下步骤：
6、1）将锐钛矿tio2压片后放置在石英反应管中，在400℃、流动氧气气氛中处理10h~15h，再在动态真空条件下于400℃处理2h~4h，然后自然冷却至室温；
7、2）将有机过渡金属化合物溶于正己烷中形成过饱和溶液，然后将该溶液在液氮冷阱环境中注入到步骤1）的石英反应管中，之后将正己烷在动态真空条件下抽除，再在真空条件下进行煅烧，煅烧结束后再次进行动态真空抽除；
8、3）将步骤2）所得样品在氧气气氛中煅烧后研磨，得到固体粉末；
9、4）将步骤3）所得固体粉末分散在去离子水中，加入h2pdcl4溶液，在搅拌条件下用300 mw·cm-2的氙灯光照5min~30min，再将所得样品用去离子水洗涤，干燥过夜，得到所述tio2光催化剂。
10、进一步地，步骤2）中所述有机过渡金属化合物为二茂镍。
11、进一步地，步骤2）中所述煅烧的温度为100℃~200℃，时间为12h~30h。
12、进一步地，操作中所用真空条件的压力范围为10-2~10pa。
13、进一步地，步骤3）中所述煅烧的温度为300℃~400℃，时间为10h~16h。
14、进一步地，步骤4）中所述h2pdcl4溶液的浓度为1mg/ml。
15、本专利技术的目的之三是保护所述ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂在光催化烷烃非氧化脱氢制烯烃中的应用。
16、进一步地，其应用方法是采用体积为200ml的反应器，在惰性气体氛围中，利用所述ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂（5~50mg），在光照、常温常压条件下对烷烃进行非氧化脱氢。
17、更进一步地，所述惰性气体为氩气，所述烷烃为乙烷、丙烷中的一种，惰性气体和烷烃的摩尔比为9~99:1。
18、更进一步地，所用光照的强度为300 mw·cm-2。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、（1）本专利技术通过表面有机金属化学和光沉积相结合的方法制备出高效稳定的ni单原子和pd纳米颗粒共修饰tio2光催化剂，相较于其他光催化剂，本专利技术的光催化剂具有优异的活性和烯烃选择性。
21、（2）本专利技术制备的光催化剂结构中，ni单原子能调节pd纳米颗粒对烯烃的吸脱附能力，从而进一步提升烯烃的选择性和催化剂的稳定性。
22、（3）本专利技术制备方法能耗低，原材料易得，生产成本低。
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【技术保护点】
1.一种Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂，其特征在于，Ni以单原子形式、Pd以纳米颗粒形式分别均匀分布于TiO2表面，构成所述TiO2光催化剂。
2.根据权利要求1所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂，其特征在于，所述光催化剂中，Ni的含量为0.4wt%~1wt%，Pd的含量为0.2wt%~1.5wt%。
3.一种如权利要求1所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述有机过渡金属化合物为二茂镍。
5.根据权利要求3所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述煅烧的温度为100℃~200℃，时间为12h~30h。
6.根据权利要求3所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，操作中所用真空条件的压力范围为10-2~10Pa。
7.根据权利要求3所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述煅烧的温度为300℃~400℃，时间为10h~16h。
8.根据权利要求3所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4）中所述H2PdCl4溶液的浓度为1mg/mL。
9.一种如权利要求1所述的Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂在光催化烷烃非氧化脱氢制烯烃中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，其应用方法是在惰性气体氛围中，利用所述Ni单原子和Pd纳米颗粒共修饰的TiO2光催化剂在光照、常温常压条件下对烷烃进行非氧化脱氢；
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【技术特征摘要】
1.一种ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂，其特征在于，ni以单原子形式、pd以纳米颗粒形式分别均匀分布于tio2表面，构成所述tio2光催化剂。
2.根据权利要求1所述的ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂，其特征在于，所述光催化剂中，ni的含量为0.4wt%~1wt%，pd的含量为0.2wt%~1.5wt%。
3.一种如权利要求1所述的ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述有机过渡金属化合物为二茂镍。
5.根据权利要求3所述的ni单原子和pd纳米颗粒共修饰的tio2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述煅烧的温度为100℃~200℃，时间为12h~30h。
【专利技术属性】
技术研发人员：汪颖，隋晓钰，曾海华，张璞，温娜，龙金林，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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