一种改善BaTiO3太阳光氮还原产氨活性催化剂的制备方法与流程

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，fritzhaber和carlbosch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,theevolutionandfutureofearth’snitrogencycle.science,2010.330(6001):p.192-196.

2.licht,s.,etal.,ammoniasynthesisbyn2andsteamelectrolysisinmoltenhydroxidesuspensionsofnanoscalefe2o3.science,2014.345(6197):p.637-640.

3.mukherjee,s.,etal.,metal-organicframework-derivednitrogen-dopedhighlydisorderedcarbonforelectrochemicalammoniasynthesisusingn2andh2oinalkalineelectrolytes.nanoenergy,2018.48:p.217-226.

4.chen,x.,etal.,photocatalyticfixationofnitrogentoammonia:state-of-the-artadvancementsandfutureprospects.materialshorizons,2018.5(1):p.9-27.

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种硼氢化钠(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，该方法简单易行，产率较高，所制备的氧缺陷batio3催化剂具有较好的太阳光催化氮还原产氨作用。

本发明的目的是这样实现的：该方法的具体包括以下步骤：

步骤一、将batio3与300mg硼氢化钠混合，并均匀研磨1h得混合样品a；

步骤二、将混合样品a转移到氩气保护的管式炉中，以10℃/min的速率升温至300℃将上述混合样品a煅烧30分钟，冷却到室温得到样品b；

步骤三、将得到的样品b装入50ml离心管，加入20ml去离子水，放置36小时，使其充分反应；反应后对样品进行离心处理，其离心转速5000rpm、离心时间3min，弃上清液，沉淀物用去离子水清洗并超声处理3min，重复一次上述离心、去离子水清洗过程，再离心，自然条件下沥干即形成引入氧缺陷batio3纳米结构催化剂。

1、上述步骤中试剂用量不可按比例放大。

2、上述步骤中试剂均为分析纯，未经过进一步处理。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明方法所合成的催化剂样品纯度高，合成工艺简单且先进，首次提出引入氧缺陷batio3增加活性位点改善batio3太阳光氮还原产氨活性。

2、本发明的方法简单、环保、低成本；检测迅速、可重复性高；对太阳光条件下使氮还原产氨具有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明引入氧缺陷batio3光催化剂xrd图；

图2是本发明引入氧缺陷batio3光催化剂固体紫外漫反射图；

图3是本发明引入氧缺陷batio3光催化剂tem图像和高分辨tem图像；

图4是本发明引入氧缺陷batio3光催化剂光催化固氮性能示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例：

一种改善batio3太阳光氮还原产氨活性催化剂的制备方法：该制备方法步骤如下：

步骤一、将batio3与300mg硼氢化钠混合，并均匀研磨1h得混合样品a；

步骤二、将混合样品a转移到氩气保护的管式炉中，以10℃/min的速率升温至300℃将上述混合样品a煅烧30分钟，冷却到室温得到样品b；

步骤三、将得到的样品b装入50ml离心管，加入20ml去离子水，放置36小时，使其充分反应；反应后对样品进行离心处理，其离心转速5000rpm、离心时间3min，弃上清液，沉淀物用去离子水清洗并超声处理3min，重复一次上述离心、去离子水清洗过程，再离心，自然条件下沥干即形成引入氧缺陷batio3纳米结构催化剂。

采用x射线衍射(xrd)、固体紫外漫反射、透射电子显微镜及高分辨透射电子显微镜表征上述方法制备的含氧空位batio3光催化剂。

由附图1可以看出：其衍射峰均显示batio3正方相的单一钙钛矿结构。

由附图2可以看出：氧缺陷batio3的光吸收能力与表面缺陷状态密切相关。

由附图3可以看出：氧缺陷batio3颗粒均匀，粒径在50nm左右，呈不规则的球形，晶格条纹间距为0.405nm，具有良好的(100)晶面。

由附图4可以看出：氧缺陷batio3经过4次固氮，仍然保持较高的催化活性，说明其具有良好的稳定性。