本發(fā)明屬于環(huán)境能源，具體涉及一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氨是世界上最重要的化工原料之一，在化肥、炸藥、纖維、塑料的合成中發(fā)揮著不可代替的作用。目前，全球氨的獲取主要來(lái)源于工業(yè)合成haber-bosch法。然而，haber-bosch工藝需要在嚴(yán)苛的反應(yīng)條件下進(jìn)行，即高溫(450-550℃)和高壓(15-25mpa)下借助鐵基催化劑利用高純n2和h2合成nh3。這種傳統(tǒng)的工藝每年消耗全球約2％的能源，并會(huì)產(chǎn)生20-30％的化工行業(yè)co2排放。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)變革性綠色合成氨技術(shù)。

2、光催化固氮被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)haber-bosch技術(shù)的一種可行的綠色技術(shù)。目前，幾種典型的金屬基半導(dǎo)體(如g-c3n4、tio2、wo3、bi2mno6等)都已被廣泛應(yīng)用于光催化合成氨領(lǐng)域中。然而，傳統(tǒng)半導(dǎo)體大多存在帶隙寬、電子和空穴復(fù)合快、電荷轉(zhuǎn)移慢、太陽(yáng)能利用率低、活性位點(diǎn)暴露有限等問(wèn)題。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)更高效的光催化劑來(lái)滿足合成氨工藝的要求。具有多孔結(jié)構(gòu)，超高比表面積和分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性等特點(diǎn)的金屬有機(jī)框架(mof)被認(rèn)為是理想的合成氨光催化劑。

3、盡管人們一致認(rèn)為，用助催化劑修飾mof是提高光催化固氮活性的有效策略之一，但促進(jìn)mof和助催化劑之間的相互作用以實(shí)現(xiàn)有效的電荷轉(zhuǎn)移仍然具有挑戰(zhàn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，用以解決傳統(tǒng)工業(yè)固氮haber-bosch法的高能耗與環(huán)境污染問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明公開(kāi)了一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將2-氨基對(duì)苯二甲酸和fecl3·6h2o加入到溶劑中混合，得到混合物；

5、將混合物進(jìn)行水熱反應(yīng)后，將得到的反應(yīng)沉淀物進(jìn)行后處理后，得到nh2-mil-101(fe)粉末；

6、將nh2-mil-101(fe)粉末和水混合后，得到混合溶液；在混合溶液中依次滴入六水合氯鉑酸水溶液、還原劑和穩(wěn)定劑后，得到pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑。

7、進(jìn)一步地，所述2-氨基對(duì)苯二甲酸、fecl3·6h2o和溶劑的用量比為(54.3～55.0)mg：(162～162.5)mg：(30～31)ml。

8、進(jìn)一步地，所述溶劑為dmf。

9、進(jìn)一步地，所述水熱反應(yīng)的溫度為110℃，時(shí)間為48h。

10、進(jìn)一步地，所述后處理為依次進(jìn)行冷卻、抽濾、洗滌和冷凍干燥處理；所述冷凍干燥處理的時(shí)間為6～7h。

11、進(jìn)一步地，所述nh2-mil-101(fe)粉末和水的用量比為(133～135)mg：(20～22)ml。

12、進(jìn)一步地，所述還原劑為硼氫化鈉水溶液；所述穩(wěn)定劑為檸檬酸。

13、進(jìn)一步地，所述六水合氯鉑酸水溶液與混合溶液的用量比為(0.1～0.7)ml：(20～22)ml；所述還原劑、穩(wěn)定劑與混合溶液的用量比為1.5ml：5mg：(20～22)ml；

14、所述六水合氯鉑酸水溶液的濃度為10～10.5mg/ml。

15、本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述制備方法制備得到的pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑。

16、本發(fā)明還公開(kāi)上述pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑在光催化轉(zhuǎn)化氮?dú)夂铣砂敝械膽?yīng)用。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

18、本發(fā)明公開(kāi)了一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，采用2-氨基對(duì)苯二甲酸、fecl3·6h2o和六水合氯鉑酸水溶液作為原材料，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)，將pt納米粒子原位分散負(fù)載nh2-mil-101(fe)，降低了界面電荷轉(zhuǎn)移阻力，抑制了光生載流子的重組，從而進(jìn)一步提升了光催化固氮活性，利用含pt納米粒子的nh2-mil-101(fe)復(fù)合光催化劑的協(xié)同效應(yīng)來(lái)達(dá)到提高光催化轉(zhuǎn)化氮?dú)夂铣砂碑a(chǎn)量的目的，顯著解決了傳統(tǒng)工業(yè)固氮haber-bosch法的高能耗與環(huán)境污染問(wèn)題。

19、本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述制備方法制備得到的pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑，所述催化劑為含pt納米顆粒負(fù)載的nh2-mil-101(fe)，pt為原位分散的納米粒子，通過(guò)利用帶有-nh2基團(tuán)的配體(nh2-bdc)將pt納米顆粒橋接到金屬有機(jī)框架(mof)上從而精確構(gòu)建了定向的電子傳輸通道。有效的降低了界面電荷轉(zhuǎn)移阻力，抑制了光生載流子的重組，從而增強(qiáng)了n2分子的吸附與活化。

20、本發(fā)明還公開(kāi)上述pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑在光催化轉(zhuǎn)化氮?dú)夂铣砂钡膽?yīng)用，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，相比未改性的nh2-mil-101(fe)材料，本發(fā)明的pt@nm-101(fe)復(fù)合光催化劑固氮活性明顯提高，其氨產(chǎn)量提高約4.2倍。

技術(shù)特征：

1.一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述2-氨基對(duì)苯二甲酸、fecl3·6h2o和溶劑的用量比為(54.3～55.0)mg：(162～162.5)mg：(30～31)ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述溶劑為dmf。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)的溫度為110℃，時(shí)間為48h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述后處理為依次進(jìn)行冷卻、抽濾、洗滌和冷凍干燥處理；所述冷凍干燥處理的時(shí)間為6～7h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述nh2-mil-101(fe)粉末和水的用量比為(133～135)mg：(20～22)ml。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述還原劑為硼氫化鈉水溶液；所述穩(wěn)定劑為檸檬酸。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑的制備方法，其特征在于，所述六水合氯鉑酸水溶液與混合溶液的用量比為(0.1～0.7)ml：(20～22)ml；所述還原劑、穩(wěn)定劑與混合溶液的用量比為1.5ml：5mg：(20～22)ml；

9.一種pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑，其特征在于，采用權(quán)利要求1～9中任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

10.權(quán)利要求9所述的pt納米粒子負(fù)載fe基mof光催化劑在光催化轉(zhuǎn)化氮?dú)夂铣砂敝械膽?yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種Pt納米粒子負(fù)載Fe基MOF光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于環(huán)境能源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法，采用2?氨基對(duì)苯二甲酸、FeCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O和六水合氯鉑酸水溶液作為原材料，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)，將Pt納米粒子原位分散負(fù)載NH<subgt;2</subgt;?MIL?101(Fe)，降低了界面電荷轉(zhuǎn)移阻力，抑制了光生載流子的重組，從而進(jìn)一步提升了光催化固氮活性，利用含Pt納米粒子的NH<subgt;2</subgt;?MIL?101(Fe)復(fù)合光催化劑的協(xié)同效應(yīng)來(lái)達(dá)到提高光催化轉(zhuǎn)化氮?dú)夂铣砂碑a(chǎn)量的目的，顯著解決了傳統(tǒng)工業(yè)固氮Haber?Bosch法的高能耗與環(huán)境污染問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王傳義,王俊俊,李喜明,王雨,廖艷青,趙可,曾龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10