[发明专利]一种光催化合成氨的方法

说明书

本发明公开了一种光催化合成氨的方法，将氯氧化铋负载氧化亚铜光催化剂加入水中，通入氮气，光照下进行催化反应，合成氨。本发明以首次公开的Cu₂O/BiOCl材料为催化剂，在简单的光催化条件下，高效催化氮气制备氨。催化剂复合材料的界面促进了氮气的吸附和活化，大大增强了氮气的还原。因此，氨的产率为410.43μmol/g/h，比现有铋基金属氧化物高12倍。这项工作呈现出设计高性能纳米复合材料用于光催化固氮的可行途径。

技术领域

本发明属于催化剂技术，具体涉及一种光催化合成氨的方法。

背景技术

随着工业化和现代化的快速发展，人类面临越来越多的能源与环境问题。受自然界光合作用启发，人们开发了半导体光催化技术，利用自然界取之不尽的太阳能转化为化学能。半导体光催化剂在光照下激发的电子和空穴可以参与氧化还原反应，用于液相或气相污染物的去除CO₂还原为化学燃料、水分解产氢气和氧气、固定N₂等反应。氮气是自然界常见气体，由其制备氨是一个很好的路径，但是现有技术存在氨产率低、催化剂制备复杂的问题。

发明内容

本发明公开了一种光催化合成氨的方法，以首次公开的Cu₂O/BiOCl材料为催化剂，在简单的光催化条件下，高效催化氮气制备氨。

本发明采用如下技术方案：

一种光催化合成氨的方法，将氯氧化铋负载氧化亚铜光催化剂加入水中，通入氮气，光照下进行催化反应，合成氨。

本发明中，氯氧化铋负载氧化亚铜光催化剂为Cu₂O/BiOCl，氧化亚铜的负载量为1～5％，优选为1.5～4％，进一步优选为2～3％。

本发明中，光照为可见光照。优选的，将氯氧化铋负载氧化亚铜光催化剂加入水中，通入氮气，先避光搅拌，再光照进行催化反应，合成氨。

本发明中，氯氧化铋负载氧化亚铜光催化剂、水的用量比为(10～30)mg∶100mL，优选为(15～25)mg∶100mL。氮气的流速为(100～300)mL/min，优选为(150～250)mL/min。

本发明的优点：

由于N≡N键的高稳定性和N₂在活性中心的难化学吸附性，在温和的条件下将氮气转化为NH₃(氨)是一个巨大的挑战，现有技术采用氯氧化铋负载二氧化钼，光催化下氨产率为32μmol/g/h，较单独催化剂进步很多，但是产率依然偏低；另外，采用碳材料可提高催化效率，但是催化剂制备复杂，成本太高，不利于工业化。本发明以简单的方法制备催化剂，在可见光下，条件温和的将氮气转化为氨，产率达到410.43μmol/g/h，较现有铋催化剂提升显著。

附图说明

图1为实施例2的Cu₂O/BiOCl的XRD图；

图2为实施例2中Cu₂O/BiOCl的SEM图，100nm；

图3为Cu₂O/BiOCl光催化合成氨活性图谱。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明提供氯氧化铋负载氧化亚铜材料的方法进行详细描述。本发明的原料都是常规产品，具体制备方法以及测试方法都是常规技术，比如搅拌为常规搅拌，干燥为常规干燥，催化剂组分的重量计算以及氨的检测为常规方法。

XRD表征，采用Shimadzu XRD-6000型X射线粉末衍射仪，其中各表征参数设置如下：Co靶，Kα射线，λ为0.15405nm,角度范围5～80°，扫描速度为4°/min。SEM表征，采用Hitachi S-4700型扫描电子显微镜(SEM，加速电压30kV)对材料的表面形貌进行表征。