[发明专利]钛基金属有机骨架材料在光催化固氮中的应用有效

申请号：	201910893860.5	申请日：	2019-09-20
公开（公告）号：	CN110548545B	公开（公告）日：	2022-09-20
发明（设计）人：	王旭生;李丹	申请（专利权）人：	暨南大学
主分类号：	B01J31/22	分类号：	B01J31/22;B01J35/10;C01C1/02
代理公司：	重庆市前沿专利事务所(普通合伙) 50211	代理人：	郭丽
地址：	510632 广***	国省代码：	广东;44
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摘要：
搜索关键词：	基金有机骨架材料光催化固氮中的应用
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【说明书】：

本发明提供了一种钛基金属有机骨架材料在光催化固氮中的应用，所述光催化固氮反应的具体步骤为：以钛基金属有机骨架材料作为催化剂，所述催化剂与水以质量体积比为20‑30mg：100mL加入至光反应装置中，并在搅拌下通入氮气40‑70min，以300‑330W氙灯作为光源，反应时间10‑13h，每隔2‑3h取样，随后测定产物氨的含量。本发明提供的光催化固氮反应，是一种在温和条件下实现固氮的方式，且耗能低，可操作性强，具有广阔的引用前景。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种钛基金属有机骨架材料在光催化固氮中的应用。

背景技术

氨气是一种生产化肥的必备原料，同时也是一种无碳的能量载体。尽管用于合成氨气的氮气分子作为空气的主要成分(78％)用之不尽，但因为破坏氮氮三键需要巨大的活化能势垒(941kJ/mol)，使得人工固氮异常困难。基于以上事实，传统人工固氮依赖于Haber-Bosh过程，需要高温高压条件下才能将氮气和氢气转化为氨气，但同时伴随着大量氢气和能源的消耗以及温室气体二氧化碳的释放。因此，温和条件下的人工固氮在科学和工业领域均有重要意义。

金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型多孔材料，具有光敏中心和催化活性中心为一体的优势，其多孔性也具有增强反应物和产物的传质作用并暴露更多固氮中心的特点，有望成为一个光催化固氮平台，利用取之不尽的太阳能，在吸光的同时将光生电子转移给固氮中心，将氮气还原为氨气，但至今尚未报道。此项工作将开辟一类光催化固氮的新材料，同时也为MOFs基材料的应用开辟新方向。

发明内容

为了实现上述目的，本发明旨在提供一种钛基金属有机骨架材料在光催化固氮中的应用。

本发明提供如下技术方案：一种钛基金属有机骨架材料在光催化固氮中的应用，所述钛基金属有机骨架材料在光催化固氮反应中作为催化剂。

进一步，所述光催化固氮反应的具体步骤为：以钛基金属有机骨架材料作为催化剂，所述催化剂与水以质量体积比为20-30mg：100mL加入至光反应装置中，并在搅拌下通入氮气40-70min，以300-350W氙灯作为光源，反应时间10-13h，每隔2-3h取样，随后测定产物氨的含量。

进一步，所述催化剂为MIL-125(Ti)、NH₂-MIL-125(Ti)、OH-MIL-125(Ti)或CH₃-MIL-125(Ti)。

进一步，所述催化剂与水的加入质量体积比为25mg：100mL。

进一步，通入氮气60min，以带有400nm截止滤光片的300W氙灯作为光源，反应时间12h，每隔3h取样一次。

进一步，采用离子色谱法测定产物氨的含量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用的催化剂为钛基金属有机骨架材料，该类材料为介孔材料，其多孔性具有增强反应物和产物的传质作用并暴露更多固氮中心的特点；且该类材料集吸光单元与催化中心为一体，具有高效光催化固定性能；同时，该类材料的组成部分容易调控，可随意修饰有机配体，从而调节吸光性能。

2、本发明采用的催化剂为一类全新的固氮催化剂，可以通过改变配体，合成多种光催化固氮催化剂，其中催化剂NH₂-MIL-125(Ti)的光催化性能最佳，产物氨的含量为12.25μmol/g/h。

3、本发明提供的光催化固氮反应，是一种在温和条件下实现固氮的方式，且耗能低，可操作性强，具有广阔的应用前景。