一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线及其制备方法和应用

本发明属于光催化材料，具体涉及一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线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、moo3作为一种典型的过渡金属氧化物半导体材料，具有无毒、储藏丰富、高导电性，独特层状结构等优点被广泛地用作光催化剂。然而moo3受限于其禁带宽度，在光催化反应过程所能直接吸收利用的太阳能光谱波段十分有限，导致了集中了太阳光谱中大部分能量的可见光及红外光波段没有被有效利用，造成moo3利用自然光的能力较弱。moo3的形貌多样，包括：纳米棒、纳米片、纳米纤维、微球以及纳米板等，不同形貌下材料的比表面积及活性位点暴露程度不同，而现有技术报道的moo3的形貌所暴露的活性位点数量难以满足高效光催化的需要。

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铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线及其制备方法和应用。本发明在水热制备氧化钼的过程中利用乙酰丙酮铁诱导氧化钼形成纳米线形貌，并产生大量的五价钼与表面氧空位，在构建表面缺陷位点的同时产生了强烈的lspr效应，极大地拓展了对可见光与近红外光波段的吸收。铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线进一步可负载金高效光催化3-硝基苯乙烯选择性加氢反应。

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，本发明提供了一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将钼粉溶解于过氧化氢溶液得到混合溶液，混合溶液干燥后得到钼前驱体粉末；

5、s2、将钼前驱体粉末分散于水中，加入乙醇和乙酰丙酮铁，搅拌均匀后进行水热反应，反应完成后收集固体产物，产物经离心洗涤、干燥后得到铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线。

6、优选的，步骤s1中，过氧化氢溶液的浓度为25%~35%，钼粉与过氧化氢溶液的比例为1 mol:1~2 ml。

7、优选的，步骤s1中，干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为6~12 h。

8、优选的，步骤s2中，乙酰丙酮铁和钼粉的质量比为0.1~0.2:1，水与乙醇的体积比为3~5:1。

9、优选的，步骤s2中，水热反应温度为140℃~160℃，水热反应时间为12~16 h。

10、第二方面，本发明提供了一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线，通过如第一方面所述的制备方法获得。

11、第三方面，本发明提供了一种金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线的制备方法，包括以下步骤：

12、将如第二方面所述的铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线分散于水和乙醇的混合溶剂中，滴加氯金酸，搅拌反应，固体产物经洗涤、干燥后即得金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线。

13、优选的，铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线和氯金酸的比例为1 g:0.004~0.006 mmol，搅拌时间为1~2 h。

14、第四方面，本发明提供了一种金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线，通过如第三方面所述的制备方法获得。

15、第五方面，本发明提供了如第四方面所述的金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线在光催化3-硝基苯乙烯选择性加氢中的应用。

16、第六方面，本发明提供了一种光催化3-硝基苯乙烯选择性加氢的方法，包括以下步骤：

17、将如第四方面所述的金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线、氨硼烷、3-硝基苯乙烯分散于无水乙醇中，于氩气气氛下加光光照进行光催化反应。

18、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

19、（1）本发明通过简单一步水热法，成功地构建出了具备局域表面等离基元共振（lspr）效应的铁掺杂缺陷态氧化钼材料，同时进行了形貌调控得到了一维超细纳米线形貌。具有反应原料易得、制备方法简单、成本低廉等利于大规模工业化的优点。

20、（2）本发明制备的铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线材料，在乙醇和乙酰丙酮铁的共同作用下，产生了大量的五价钼与表面氧空位，在构建表面缺陷位点的同时产生了强烈的lspr效应，极大地拓展了对可见光与近红外光波段的吸收。

21、（3）本发明制备的铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线材料，其形貌特征在氧化钼材料中鲜有报道，本发明创新性地发现了乙酰丙酮铁在超细一维氧化钼纳米线结构合成中的关键作用，这赋予了材料更大的比表面积，暴露了更多表面活性位点，也使得光生载流子有更短的传输距离，提升了载流子的分离效率，使光催化效率得到显著提升，并拓展了氧化钼材料在一维形貌合成中的道路。

22、（4）本发明的铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线材料，在进行贵金属金的负载时，高的比表面积与高密度的表面缺陷能够促进金在催化剂表面以更分散的形式负载，能有效提高金的原子利用率，并且基底与金产生的强相互作用，有利于从载体到金位点的定向电子转移，进一步促进了载流子分离。

23、（5）本发明的铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线材料，在进行贵金属金的负载后，展现出了对3-硝基苯乙烯选择性加氢反应的良好活性，具有高转换率和对产物3-乙烯基苯氨的高选择性，在拓展了氧化钼材料在光催化中的应用前景的同时，也为杂原子掺杂对氧化钼电子结构与形貌调控方面的研究开辟了新的道路。

技术特征：

1.一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线的制备方法，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，步骤s1中，过氧化氢溶液的浓度为25%~35%，钼粉与过氧化氢溶液的比例为1 mol:1~2 ml。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为6~12 h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，乙酰丙酮铁和钼粉的质量比为0.1~0.2:1，水与乙醇的体积比为3~5:1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，水热反应温度为140℃~160℃，水热反应时间为12~16 h。

6.一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线，其特征在于，通过如权利要求1-5任一项所述的制备方法获得。

7.一种金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线，其特征在于，通过如权利要求7所述的制备方法获得。

9.如权利要求8所述的金负载铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线在光催化3-硝基苯乙烯选择性加氢中的应用。

10.一种光催化3-硝基苯乙烯选择性加氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：将钼粉溶解于过氧化氢溶液得到混合溶液，混合溶液干燥后得到钼前驱体粉末；将钼前驱体粉末分散于水中，加入乙醇和乙酰丙酮铁，搅拌均匀后进行水热反应，反应完成后收集固体产物，产物经离心洗涤、干燥后得到铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线。本发明在水热制备氧化钼的过程中利用乙酰丙酮铁诱导氧化钼形成纳米线形貌，并产生大量的五价钼与表面氧空位，在构建表面缺陷位点的同时产生了强烈的LSPR效应，极大地拓展了对可见光与近红外光波段的吸收。铁掺杂缺陷态氧化钼纳米线进一步可负载金高效光催化3‑硝基苯乙烯选择性加氢反应。

技术研发人员：程合锋,孙悦文,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：2024/5/16