一种硫铟锌基单原子催化剂及其制备方法和应用

本发明属于光催化材料，具体涉及一种硫铟锌基单原子催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着社会的发展，传统化石资源的消耗日益增加，造成了严重的能源危机和环境污染问题。作为一种替代，从丰富的木质纤维素生物质中寻求可再生能源最近受到了特别的关注。其中最受关注的是5-羟甲基糠醛(hmf)，它可以由c6碳水化合物脱水得到，其结构包括一个醛基，一个羟基和一个呋喃环。此外，多种高附加值中间体，如2,5-二甲酰呋喃(dff)、5-羟甲基-2-呋喃羧酸(hmfca)、5-甲基-2-呋喃甲酸(ffca)和2,5-呋喃羧酸(fdca)，可通过hmf分子的选择性氧化得到，并用于呋喃基聚酯、医药中间体和抗菌剂。hmf的选择性氧化已经在热催化，电催化和光催化中进行了广泛的研究。与需要直接或间接消耗能量的热和电化学途径不同，光催化途径可以在温和的反应条件下由太阳光驱动，具有太阳能利用率高、氧化还原能力可调、操作简单等优点受到了广泛的关注。

3、然而，由于现有光催化材料电子空穴利用率低的问题，导致难以产生大量的活性氧物种与底物中间体进行反应，使光催化hmf氧化的原料转化率和产物选择性受到了限制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硫铟锌基单原子催化剂及其制备方法和应用。本发明硫铟锌基负载的单原子可以有效的分离光生载流子，同时有利于氧气的吸附与活化，可以生成更多的活性氧物种，从而有效的提高hmf的转化率和目标产物dff的选择性。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种硫铟锌基单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将锌盐、铟盐和硫代乙酰胺溶解于甘油水溶液中，进行水热反应，得到硫铟锌纳米片；

5、s2、将硫铟锌纳米片分散于水和甲醇的混合溶液中，滴加金属盐溶液，光照后获得所述硫铟锌基单原子催化剂。

6、优选地，所述锌盐包括氯化锌、硝酸锌和醋酸锌中的至少一种，所述铟盐包括氯化铟、溴化铟和硝酸铟中的至少一种。

7、优选地，所述锌盐、铟盐和硫代乙酰胺的摩尔比为1:1.9-2.1:3.9-4.1。

8、优选地，水热反应的温度为70-80℃，时间为1.5-2.5h。

9、优选地，所述金属盐为过渡金属或贵金属的可溶性盐。

10、进一步优选地，所述金属盐包括硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、氯铂酸钾和三氯化钌中的至少一种。

11、优选地，所述金属盐与硫铟锌纳米片的比例为30-176μmol：1g。金属盐溶液浓度需要足够低，以保障金属分散，避免团聚。

12、优选地，光照使用300w、λ≥420nm的氙灯，光照时间为20-40min，光照时维持溶液温度小于10℃。采用光沉积的方法制备单原子催化剂时，容易造成原子团聚从而形成团簇或纳米颗粒，但当在较低的温度时可以有效的避免团簇活纳米颗粒的存在。

13、第二方面，本发明提供了一种硫铟锌基单原子催化剂，其特征在于，通过如第一方面所述的制备方法获得。

14、单原子的引入，提高了硫铟锌的光生载流子能力，同时单原子为富电子中心，可以有效的促进氧气的吸附与活化，从而产生更多的活性氧物种，进而提高hmf的转化率和产物dff的产量。

15、第三方面，本发明提供了如第二方面所述的硫铟锌基单原子催化剂在光催化生物质资源的升值转化中的应用。

16、优选地，所述光催化生物质资源的升值转化为光催化hmf氧化。

17、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

18、单原子可以有效的分离光生载流子，同时有利于氧气的吸附与活化，可以生成更多的活性氧物种，从而有效的提高hmf的转化率和目标产物dff的选择性，同时制备的单原子催化剂对于其他生物质资源如苯甲醇、糠醇、2-噻吩苯甲醇等可以高效的转化且都可以实现含有醛基基团产物的高选择性。

19、本发明通过在原始zis超薄纳米片上通过简单的低温光沉积的方法制备了co1/zis单原子催化剂，实现了在绿色催化剂空气的气氛下对于hmf的高转化率和目标产物dff的高转化率。在12小时的时间里，hmf的转化率为98.6％,dff选择性为92.4％。

技术特征：

1.一种硫铟锌基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐包括氯化锌、硝酸锌和醋酸锌中的至少一种，所述铟盐包括氯化铟、溴化铟和硝酸铟中的至少一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐、铟盐和硫代乙酰胺的摩尔比为1:1.9-2.1:3.9-4.1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水热反应的温度为70-80℃，时间为1.5-2.5h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为过渡金属或贵金属的可溶性盐。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍、氯铂酸钾和三氯化钌中的至少一种。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐与硫铟锌纳米片的比例为30-176μmol：1g。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，光照使用300w、λ≥420nm的氙灯，光照时间为20-40min，光照时维持溶液温度小于10℃。

9.一种硫铟锌基单原子催化剂，其特征在于，通过如权利要求1-8任一项所述的制备方法获得。

10.如权利要求9所述的硫铟锌基单原子催化剂在光催化生物质资源的升值转化中的应用；

技术总结
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种硫铟锌基单原子催化剂及其制备方法和应用。硫铟锌基单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：将锌盐、铟盐和硫代乙酰胺溶解于甘油水溶液中，进行水热反应，得到硫铟锌纳米片；将硫铟锌纳米片分散于水和甲醇的混合溶液中，滴加金属盐溶液，光照后获得所述硫铟锌基单原子催化剂。本发明硫铟锌基负载的单原子可以有效的分离光生载流子，同时有利于氧气的吸附与活化，可以生成更多的活性氧物种，从而有效的提高HMF的转化率和目标产物DFF的选择性。

技术研发人员：程合锋,谭鑫颖,黄柏标,王泽岩,王朋,刘媛媛,郑昭科,张倩倩,张晓阳
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22