[发明专利]用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法

说明书

本发明公开了一种用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，属于化学化工技术领域。本发明将制备好的PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在一定温度进行，将可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，生成的氢气采用排水法收集。与传统的负载型催化剂不同的是：根据本发明，调节催化剂中金属钯、金的含量及Mxene‑TiO₂含量就可以制得用于光催化甲酸脱氢制氢气的高活性、高选择性负载型PdAu纳米片催化剂。使用该催化剂进行可见光甲酸脱氢反应，脱氢转化率和选择性均为100％，反应的TOF值大于850h^‑1，循环使用8h，反应的TOF值仍大于834h^‑1。

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及用PdAu/TiO₂@g-C₃N₄纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法。

背景技术

氢气是一种高效、清洁、绿色的能源，但氢气具有很低的体积能量密度和质量能量密度，高效、安全地储存和运输氢气成为氢能利用的主要挑战。为了解决这一难题，研究者开发和探究了多种不同类型的储氢材料，其中甲酸因具有无毒、高的质量能量密度和储存运输安全等优点而受到研究者的广泛关注。

当前甲酸作为储氢材料应用的关键在于开发高效的脱氢催化剂，目前研究者研究的催化剂主要集中在均相催化剂和费俊祥催化剂两类。其中均相催化剂主要是钌、铑、铱、铁和钴的金属络合物。李灿等(CN105772090B)报道了一类可在水相体系中使用的计算脱氢催化剂，催化剂包括金属和配体，金属为铱、铑、钌、铁、铜、钴、钯、铂等，配体为结构中含有C＝N双键的杂环化合物；在无碱条件下，90℃下最高TOF可达37.5*10⁴h^-1。尽管均相催化剂表现出优异的催化性能，但其难以分离循环使用很大程度上限制了其规模化应用。刘等设计了Au_xPd_y/CNS催化剂，并将其应用于甲酸可见光催化脱氢，TOF值高达1017.8h^-1(AppliedCatalysis B:Environmental 252(2019)24–32)。因此，开展非均相催化剂的研究，尤其是在可见光作用下实现甲酸高效脱氢的非均相催化剂是当前研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用PdAu/Mxene-TiO₂@g-C₃N₄纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，该PdAu/Mxene-TiO₂@g-C₃N₄纳米片催化剂在可见光的作用下可实现较温和条件下甲酸完全脱氢，该催化剂具有良好的催化活性、选择性和稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。

用PdAu纳米片催化剂可见光催化甲酸脱氢的方法，将PdAu纳米片催化剂置于夹套反应器中，通过恒温循环槽控制反应在10～40℃进行，将波长λ>400nm的可见光从夹套反应器上方照射反应液，接着将摩尔比为1：(0.2～0.6)的甲酸和甲酸钠混合液加入反应器中进行反应，得到产物氢气。

所述的催化剂与甲酸和甲酸钠混合液质量比为1:(30～50)。

所述的PdAu纳米片催化剂包括Pd、Au、Mxene-TiO₂和g-C₃N₄纳米片，其中，Pd来源于氯化钯，Au来源于氯金酸，Mxene-TiO₂来源于Mxene-Ti₂AlC，g-C₃N₄纳米片由三聚氰胺和氯化锂焙烧制得。

所述的PdAu纳米片催化剂是通过以下步骤予以制备的：