[发明专利]一种改善BaTiO3

说明书

本发明公开了一种改善BaTiO₃太阳光氮还原产氨活性催化剂的制备方法，属于纳米材料制备与应用技术领域。将氧缺陷引入结构稳定、禁带较窄、光吸收波长范围宽且太阳能利用率高的钙钛矿结构半导体BaTiO₃中，形成的氧空位为反应物提供了更多的活性位点，而且加强了电子转移，使反应更加迅速、活跃，生成更多的反应产物，通过对氧空位数量的控制，使催化剂发挥最高的催化效率。采用单位时间内NH₃产量来评价催化性能，并可确定催化剂在反应结束后是否失活以及催化剂循环使用情况。本发明方法简单、环保、低成本；催化效果明显，反应迅速，具有可重复性高等优点；此催化剂对光催化氮还原产氨具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备及应用领域，具体的说涉及一种硼氢化钠(NaBH₄)还原BaTiO₃引入氧缺陷改善BaTiO₃太阳光氮还原产氨活性催化剂的制备方法。

背景技术

随着工业的发展，日益枯竭的能源储备和日渐严峻的环境污染是人们所要面临的两大挑战。长期以来化石能源一直作为能源的主体而日渐消耗，已经很难满足长久能源供应，另一方面，化石燃料在燃烧产生能源的同时产生大量的CO₂、SO₂等有害气体，这又带来了“温室效应”等污染问题。因此，如何解决以上两个问题对实现可持续发展和维护生态环境和谐具有重要战略意义，而发展和使用清洁可再生能源是解决这两方面问题有效途径。太阳光对人类社会来说，是最丰富且可持续利用的能量来源。人们通过人工模拟光合作用提出了将太阳能转化为电的太阳能电池技术、将光能转化为热能的光热转化技术以及将光能转化为化学能的光电化学技术。氨(NH₃)是对迫在眉睫的能源危机的一种重要的化肥和非碳基能源载体的重要合成化学原料，其激增的消费量(每年约1500WT)是社会发展和人口增长的关键需求[1]。在全球氮循环中，大部分氨的转化是自然界中固氮菌的生物合成。但是，生物地球化学固氮技术存在不确定性和不可靠性，几乎无法满足当今化肥行业的巨大需求。20世纪初，Fritz Haber和Carl Bosch在BASF开发了第一个大规模的合成固氮工艺[2]。在超过一百年的时间里，氨合成行业仍然坚持采用Haber-Bosch工艺，通常在高压(150-350atm)，高温(350-550℃)和设备功率要求的条件下进行在合成过程中以及相关的原材料中(例如，从化石燃料中提取氢气)，迄今为止，基本上已经使用了原始的铁或钌基催化剂和工艺，仅制备和纯化了氢气和氮气。尽管全球人口不断增长，而且养分对肥料的依赖程度很高，但传统的工业氨生产消耗了全球能源供应的1-3％，而该过程却导致了全球温室气体排放的1.6-3％的二氧化碳[3]。因此，开发一种环保，低能耗，高效，温和的固氮策略以实现氨合成工艺是当前化学和催化研究的前沿和热点[4]。然而，这一体系依然面临诸多挑战如：如何克服BaTiO₃的宽禁带半导体特性拓展其光谱响应范围、减少光生电子与空穴的高复合率和加快热载流子的扩散速率等问题。本专利开发了一个简便易行的合成路线来制备NaBH₄还原BaTiO₃引入氧缺陷改善BaTiO₃太阳光氮还原产氨活性催化剂。通过调节氧空位的含量，来增加更多的活性位点和提高反应速率；通过在BaTiO₃表面引入氧缺陷的半导体光催化体系，获得高效的电荷分离效率和光催化氮还原产氨。

1.Canfield,D.E.,A.N.Glazer,andP.G.Falkowski,The evolutionandfutureofEarth’snitrogen cycle.science,2010.330(6001):p.192-196.

2.Licht,S.,et al.,Ammonia synthesis by N2 and steam electrolysis inmolten hydroxide suspensions of nanoscaleFe2O3.Science,2014.345(6197):p.637-640.