[发明专利]一种水溶性碳点改性钙钛矿型催化材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种水溶性碳点改性的钙钛矿型催化材料的制备方法，其包括以下步骤，1将氨基酸、醇类和尿素或柠檬酸按照比例混合，搅拌均匀直至形成透明的低共熔溶剂；2称取钙钛矿金属前驱体、燃料以及燃料添加剂混合搅拌搅拌，得到前驱物混合溶液，在650~850℃焙烧3‑6h，得到钙钛矿金属氧化物催化剂；3将透明的低共熔溶剂和钙钛矿金属氧化物催化剂与去离子水混合；4在180‑230℃下反应3‑7h；5冷却，洗涤过滤；6在80℃烘干，然后在600℃下焙烧1‑3h。本发明通过添加含碳前驱体即氨基酸、醇类和尿素或柠檬酸来优化处理钙钛矿型催化材料表面的物化性质，制得的改性后的钙钛矿型催化材料能够更高效地催化降解甲烷。

技术领域

本发明属于化工、环保和催化材料技术领域，具体地说，它涉及一种改性钙钛矿型催化材料的制备方法。

背景技术

有机物是城市环境颗粒物主要组成，也是PM和O₃重要前体物。工业排放系列挥发性有机物（VOCs）大多具有明显“三致”效应，成为影响居民健康“毒瘤”，是制约国民经济发展环保“瓶颈”。随着国家、地方和行业VOCs排放标准加严，VOCs深度矿化成为必然。

VOCs成分复杂，气速和浓度波动性大，热、紫外和等离子体等耦合催化剂净化技术成为首选。热催化氧化VOCs效率较高，可深度矿化VOCs为CO₂和H₂O，有效避免“二次污染”，但能耗大，运行成本高；如苯系物开环温度约200℃，而完全矿化则需达到350℃以上。高效催化剂成为VOCs深度矿化技术关键。

相比于高成本的贵金属，钙钛矿催化剂由于其优异的氧化还原性能、水热稳定性和超长寿命等被越来越多的学者关注。例如将外源阳离子取代ABO₃的A或B位点用于调控催化剂表面氧空位，使其成为铂基贵金属材料（PGMs）在许多催化应用中的可行替代品。但是钙钛矿催化剂的制备需要较高温度和较长煅烧时间，导致表面积较低，表面催化反应效率较低。为了增加反应物与基质相互作用的表面积，人们致力于不同形貌的多孔钙钛矿的研究，利用模板法形成有序孔隙率材料以增加反应物与材料的活性接触面积。尽管有序孔隙率的引入可以显著提高金属氧化物的催化活性，但此合成过程复杂且不经济；其他各种湿化学反应过程，如共沉处理、溶胶凝胶、水热处理制备的钙钛矿材料也存在各种缺点，例如在共沉淀法中很难同时控制溶液中阳离子的析出，常常导致组分的分离；溶胶凝胶技术通常使用昂贵的金属醇盐作为原料；水热法通常需要长时间的反应。因此，需要进一步探索开发更简单、更便宜的钙钛矿复合金属氧化物技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶性碳点改性钙钛矿型催化材料的制备方法，通过添加含碳前驱体即氨基酸、醇类和尿素或柠檬酸来优化处理钙钛矿型催化材料表面的物化性质，制得的改性后的钙钛矿型催化材料能够更高效地催化降解甲烷；本发明提供的制备方法简单、高效。

为实现上述目的，本发明制备方法包括以下步骤，

（1）将氨基酸、醇类和尿素或柠檬酸按照比例混合，搅拌均匀直至形成透明的低共熔溶剂；所述氨基酸：醇类：尿素或柠檬酸的摩尔比为1：（4~6）：（1~5）；

（2）称取钙钛矿金属前驱体、燃料以及燃料添加剂，所述钙钛矿金属前驱体为稀土金属硝酸盐、过渡金属硝酸盐和碱土金属硝酸 盐中的两种或两种以上；所述燃料为尿素、甘氨酸、蔗糖或柠檬酸中一种；所述燃料添加剂为乙酸铵、淀粉或聚乙二醇中的一种；

将钙钛矿金属前驱体溶于去离子水中，控制溶液中总的金属离子摩尔浓度为0.5~2.0 mol/L，然后加入燃料以及燃料添加剂；所述燃料以及燃料添加剂之和的摩尔数为之前所加全部金属离子摩尔数之和的1~2倍；所述燃料和燃料添加剂的摩尔比为（2~5）：1；室温下搅拌0.5h，得到前驱物混合溶液，将所述前驱物混合溶液在650~850℃焙烧3-6h，得到钙钛矿金属氧化物催化剂；

（3）将步骤（1）得到的透明的低共熔溶剂和步骤（2）得到的钙钛