一种In2O3-CuInS2复合棒状催化剂及其制备方法与应用

本发明属于催化固氮，具体涉及一种in2o3-cuins2复合棒状催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、光催化活化氮气的方法绿色环保、操作简单，深受关注。但是提高光催化固氮产率仍然是当今世界的一大挑战。根据热力学定律，氮气在每步氢化过程的反应需要吸收热量，使氮气在反应途中要跨越高的能垒才能完成整个反应，这给活化氮气带来了巨大的难点。在众多催化方法中，半导体光催化为催化领域打开了另一扇门。在光催化固氮反应过程中，太阳光作为唯一的驱动力，运用氮气的逐步氢化最终实现断裂，而整个过程不需要苛刻的反应条件、热能的供给以及繁琐的设备。但是在光催化固氮过程中，并不是大多数半导体都可以利用光生电子空穴实现活化氮气的效果，由于该反应还受到氮气分子氧化还原电位的影响，所以利用普通半导体进行光催化固氮很难实现理想的固氮效果。

2、与金属氧化物相比，金属硫化物的禁带宽度相对氧化物较窄，更有利于可见光的吸收，通过设计双活性中心复合催化剂体系，使得氮气和氢气的活化发生在不同的活性中心上，通过表面的“活化氢转移”机制，从而有效减轻了单一过渡金属上的氢中毒效应，进一步提高光催化固氮效率。与此同时，所制备的催化剂成本较低，工艺过程易于批量制备，在光催化固氮中具有良好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种in2o3-cuins2复合棒状催化剂及其制备方法与应用，其制备过程操作简单，成本低，所制备的催化剂呈in2o3-cuins2自组装中空棒状结构，其表现出高效的固氮性能。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、步骤1：将铟源和dmf、tpa按2：1-3：2-3摩尔比混合溶解均匀得到浓度为150-300g/l的混合液，将混合液在120℃-140℃下搅拌回流0.5-2h，将产物离心并用乙醇和水各洗涤干净得in-mof；

4、步骤2：将in-mof在ar气保护下于300℃-550℃煅烧2h，自然冷却到室温得到管状in2o3；

5、步骤3：按in2o3、in、cu、s的摩尔比为1：1-2：1-2：2-5将管状in2o3与铟源、铜源、硫源混合并分散到乙醇溶液中得到浓度为20-200g/l的混合液，将混合物转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在160℃-180℃反应12-48小时，自然冷却后，将产物离心并用乙醇和h2o洗涤干净得in2o3-cuins2复合棒状催化剂。

6、所述铟源为硝酸铟、硫酸铟或氯化铟。

7、所述步骤3中铜源为硝酸铜、硫酸铜、碱式氯化铜或柠檬酸铜。

8、所述步骤3中硫源为taa、硫化铵、硫脲或硫代硫酸钠。

9、按以上制备方法制备理到的复合棒状催化剂呈in2o3-cuins2自组装中空棒状结构。

10、本发明的in2o3-cuins2复合棒状催化剂在固氮中的应用。

11、本发明的效果体现在：

12、1)制备过程易操作，制备成本相对较低，工艺过程易于批量制备。

13、2)本发明中的in2o3-cuins2复合棒状催化剂可以有效地暴露活性位点，通过设计in2o3-cuins2复合催化剂体系，使得氮气和氢气的活化发生在不同的活性中心上，棒状中空孔结构也进一步提高光催化固氮效率。

技术特征：

1.一种in2o3-cuins2复合棒状催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的in2o3-cuins2复合棒状催化剂的制备方法，其特征在于：所述铟源为硝酸铟、硫酸铟或氯化铟。

3.根据权利要求1所述的in2o3-cuins2复合棒状催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中铜源为硝酸铜、硫酸铜、碱式氯化铜或柠檬酸铜。

4.根据权利要求1所述的in2o3-cuins2复合棒状催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中硫源为taa、硫化铵、硫脲或硫代硫酸钠。

5.一种如权利要求1-4中任意一项制备方法制成的in2o3-cuins2复合棒状催化剂，其特征在于：该复合棒状催化剂呈in2o3-cuins2自组装中空棒状结构。

6.一种如权利要求5所述的in2o3-cuins2复合棒状催化剂在固氮中的应用。

技术总结
本发明公开了一种In2O3‑CuInS2复合棒状催化剂的制备方法与应用，属于催化剂技术领域。本发明具体按照以下步骤进行：第一步将铟源和DMF、TPA混合，在120℃‑140℃合成In‑MOF；第二步将In‑MOF在Ar气保护下煅烧2h得到In2O3；第三步将In2O3与铜源、铟源、硫源混合醇热合成In2O3‑CuInS2复合棒状催化剂。所制备的催化剂呈In2O3‑CuInS2自组装中空棒状结构，其表现出高效的固氮性能，具有广阔的应用潜能。

技术研发人员：孙东峰,李南东,余愿,张敏,屈彦宁
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31