[发明专利]不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法

说明书

本发明涉及光电能源材料技术领域，公开了一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法，包括以下步骤：将氧化亚铜溶解于纯净水中，得到蓝色溶液，然后加入氢氧化钠溶液，搅拌30分钟，加入抗坏血酸溶液，并继续搅拌3小时，得到深砖红色溶液；对深砖红色溶液过滤或者离心收集样品，用去离子水彻底清洗，并将砖红色固体进行加热干燥，根据不同的配比得到不同晶面氧化亚铜；通过加入不同质量的氯化铱得到负载不同比例铱的复合光催化材料或者通过硼氢化钠还原法制备不同晶面氧化亚铜负载铱的复合材料。本发明提供的上述方法所制备的绿色环保光催化剂，能够从根本上通过光催化方法实现了常温常压下的N₂还原合成氨。

技术领域

本发明涉及光电能源材料技术领域，具体为一种不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法。

背景技术

氨(NH₃)不仅在化肥和化学工业中广泛应用，而且目前还被视为碳基燃料的潜在替代品，更是全球可再生能源运输的载体。需要将现有的化石燃料基NH₃生产技术转变为更简单、规模化生产的技术，氮的主要来源是氮气(N₂)，它是地球大气中含量最多的单一成分(按体积计约为78％)。与氢气(H₂)相比，将NH₃冷凝成液体时具有可观的能量密度和可运输性，短期内可用于动力燃料电池。然而，目前工业催化氮气(N₂)合成NH₃技术仍然是100多年前的哈伯-博施(Haber-Bosch)法，它排放全球3％的二氧化碳(CO₂，甲烷重整过程释放)，每年消耗世界1％～3％的全球总能量。这种需要消耗大量的资源和能源(400-550℃，15-25MPa)对环境影响较大的工业合成氨技术越来越失去前景。因此，科学家一直在为寻找更清洁、可持续的合成 NH₃途径而努力。光催化固氮合成NH₃是一种利用半导体光催化剂将清洁太阳能转化为化学能的很有前景的过程，为解决当前面临的能源危机和环境问题提供了一种新的契机。

与现有的能源密集型哈伯-博施法相比，在半导体光催化剂和可再生太阳能的驱动下，光催化氮还原反应以水(H₂O)为质子源实现了N₂向NH₃转换，从而成为了近年来一个比较前沿兼绿色环保的研究领域。从高效利用太阳光方面而言，理想的光催化剂应能吸收可见光，因为在太阳光谱中可见光占很大比例(约44％)。然而pNRR的速率主要受限于催化剂表面缺乏有效的活性位点来结合和裂解N≡N三键(910kJ mol^-1)。因此构建具有丰富活性位点的绿色可持续半导体光催化剂来实现高效光催化合成氨仍然是一个重要且具有挑战性的主题。众所周知，氧化亚铜(Cu₂O)具有成本低廉、光稳定性高、无毒无害环境友好等优点，是一种应用广泛的pNRR催化剂。但是单组分的半导体Cu₂O却缺乏有效的氮气激活位点，而且其仅仅能利用紫外区的光，可见光和红外光激发下依然是没有光催化效率，难以实现利用可再生太阳能高效pNRR。

当然目前等离子金属负载半导体氧化物的材料，如Au、Pt/TiO₂，Au/CdS等光催化剂已被广泛研究，但是这些催化剂的金属位点大多要么被载体氧化物包裹从而造成表面有效活性位点较少，要么与衬底的结合不牢固造成容易脱落现象，这些都会让光催化的活性大打折扣，为此我们提出了不同晶面氧化亚铜负载铱的复合光催化固氮材料制备方法。

发明内容

(一)解决的技术问题