[发明专利]一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，为解决现有现有技术下的光生电子‑空穴对易复合，光催化性能较低，且合成较为复杂的问题，公开了一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法，该纳米光催化剂包括铁钼复合物和负载在铁钼复合物表面的碳，纳米光催化剂为多孔球状，制备步骤包括：（a）球状C/FeMo纳米复合材料前驱体的制备；（b）球状C/FeMo纳米复合光催化剂烧结制备。本发明具有较高的光催化活性，能够有效抑制光生电子‑空穴对的复合进而显著提高对可见光的利用效率，使合成氨反应可以在室温及可见光照射下进行，多孔球状结构增加了比表面积并且增强了对氮气的吸附性，可提升反应速率，制备条件温和，制备纯度好，适合于工业上的大规模生产应用。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工农业发展，氨成为农业和工业中用于肥料和化学品合成的重要化学物质。当前工业合成氨仍以使用铁基催化剂的哈伯-博施方法为主，由于N₂分子的N≡N叁键有超高键能(940.95kJmol^-1)，使得常规的催化材料很难还原N₂分子，因此哈伯-博施方法的反应条件苛刻且耗能大，其消耗的能源占全球能源的1％以上，给环境造成了极大的负担。太阳能是一种清洁能源，而光催化途径能够直接将太阳能转化为化学能，为降低合成氨能耗提供了一种非常具有前景的绿色高效的方法。光催化材料的表面缺陷位点可以作为活性位点实现N₂的化学吸附，同时位于缺陷位点处的电子可转移到被吸附N₂分子中的反键π轨道中，可以实现对N≡N叁键的弱化作用。但是目前的光催化剂存在光生电子-空穴对极易快速复合，导致有效的光生电子-空穴对的数量减少从而严重影响了光催化性能的缺陷。因此，需要开发一种反应活性位点多，光生电子-空穴对不易复合的光催化剂来提高其光催化性能。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种用于光催化固氮合成氨的Mo或Fe掺杂Zn_1-xIn₂S₄催化剂的制备方法”，其公告号为CN112264049A，包括如下步骤：将六水合硝酸锌、硝酸铟、L-半胱氨酸及含钼或铁元素的无机盐在去离子水中磁力搅拌反应后，将混合溶液转移到水热反应釜中，将水热反应釜放入鼓风干燥箱中，水热反应15-24小时后冷却至室温得到黄绿色沉淀，依次用去离子水和乙醇对黄绿色沉淀进行洗涤后，在鼓风干燥箱中60-100℃干燥，得到Mo或Fe掺杂Zn_1-xIn₂S₄光催化固氮催化剂。该方法把Mo或Fe掺杂到ZnIn₂S₄晶体中，由于铟属于稀散金属，该方法制备成本较高，不适用于工业化生产。

发明内容

本发明为了克服现有技术下的光催化剂的光生电子-空穴对易复合，光催化性能较低，且合成较为复杂的问题，提供一种兼具良好吸附性能和优异光催化性能的球状C/FeMo纳米复合光催化剂，该催化剂有效提升光的吸收以及光激发空穴-电子的转移，提升催化效果降低合成氨所需的能耗，并且多孔结构能够增强对氮气的吸附能力提升反应速率。

本发明的另一个目的是提供一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂的制备方法，该制备方法操作步骤简便，制备的球状C/FeMo纳米复合光催化剂纯度高，催化效果好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种球状C/FeMo纳米复合光催化剂，其特征在于，所述纳米光催化剂包括铁钼复合物和负载在铁钼复合物表面的碳，纳米光催化剂为多孔球状。

铁和二氧化钼形成半导体结构，将其作为催化剂可提高光反应活性，而碳有较好的电荷传递性能，碳-半导体复合能有效促进光生电荷的分离与迁移，降低光生电子-空穴对复合率，提高光催化剂的催化效率，球状催化剂的比表面积大，并且多孔结构可进一步增强对氮气吸附，提升催化效率。