一种Au负载MIL-101(Fe)催化剂的制备方法及其应用

本发明属于电化学合成氨催化剂领域，具体涉及到一种au负载mil-101(fe)催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、氨作为现代社会中最重要的化学物质之一，在农业、塑料、纤维和燃料等多个领域发挥着重要作用。

2、目前，氨的工业生产使用haber-bosch工艺，伴随着巨大的能源消耗和二氧化碳排放。在常温常压条件下，电化学合成氨用氮气和水作为原料，通过电化学方法即可制得氨，该方法能耗低、无污染物排放而被视为一种对环境无害的解决方案。为了提高电化学合成氨催化活性，设计制备高性能的催化剂是非常有效的策略。金属有机骨架(mofs)是一种由金属离子/簇和有机配体组成的多孔材料，mof材料具有较大的比表面积、丰富的不饱和的金属活性位点和灵活的结构，虽然mof在电催化方面的应用还处于研究初期，但这并不影响其在nrr领域的巨大潜力。

3、目前贵金属负载型催化剂制备过程中，贵金属纳米颗粒容易发生团聚而导致失去催化性能，其次，硼氢化钠作为还原剂能使载体边缘变得粗糙，但易对载体造成破坏，影响催化剂结构，对催化性能产生不利影响。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种au负载mil-101(fe)催化剂的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种au负载mil-101(fe)催化剂的制备方法，其特征在于：包括，

5、将氯化铁六水和对苯二甲酸加入有机溶剂中，超声混合溶解，形成均匀混合溶液；

6、将混合溶液进行水热反应，反应结束冷却至室温，所得沉淀离心、洗涤、真空干燥，得到mil—101(fe)载体；

7、将mil—101(fe)载体超声分散在乙醇与超纯水组成的混合溶液中，冰浴搅拌，移取氯金酸溶液于mil—101(fe)混合液中，冰浴搅拌，制得混合溶液；

8、将硼氢化钠溶液缓慢滴入混合液中，得到黑色悬浊液，洗涤、真空干燥即得到au负载mil-101(fe)催化剂。

9、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述对苯二甲酸、氯化铁六水、有机溶剂的摩尔比为1：2：110。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将混合溶液进行水热反应，其中，反应温度100～110℃，反应时间20～22h。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述乙醇与超纯水组成的混合溶液，其中，乙醇与超纯水的体积比为1:1。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述mil—101(fe)载体与混合溶液比例为100mg：100ml。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述氯金酸溶液浓度为10mg/ml；氯金酸与mil—101(fe)载体的比例为2～5ml：100mg。

15、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述硼氢化钠溶液的浓度为0.1m，硼氢化钠溶液与mil—101(fe)载体的比例为1～3ml：100mg。

16、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种au负载mil-101(fe)催化剂的制备方法制得的产品。

17、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供提供一种高性能电化学合成氨催化剂的制备方法制得的产品在在电化学合成氨催化剂中的应用。

18、本发明有益效果：

19、(1)本发明在au负载mil—101(fe)的催化剂以提升电化学合成氨性能，金属有机骨架(mofs)mil—101(fe)在电化学合成氨中已表现出一定的电化学合成氨性能，在负载au与mil—101(fe)的强协同效应提高了au@mil—101(fe)的电化学合成氨的活性与选择性，使氨产率从7.21μg·h-1mg-1cat提升到18.56μg·h-1mg-1cat。

20、(2)本发明制备的mil—101(fe)为贵金属au纳米粒子提供了载体，由于nabh4对mil—101(fe)具有一定的破坏作用，使载体形貌趋向于无定形，有利于活性位点的暴露，本发明通过加入不同体积的硼氢化钠溶液和不同au的投入量在不破坏mil—101(fe)的前提下实现最佳的氨催化效果。

21、(3)本发明首次提出一种适用于高性能电化学合成氨的催化剂，优选出15％au@mil—101(fe)—2mlnabh4，实现最佳的氨催化效果。

技术特征：

1.一种au负载mil-101(fe)催化剂的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述对苯二甲酸、氯化铁六水、有机溶剂的摩尔比为1：2：110。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述将混合溶液进行水热反应，其中，反应温度100～110℃，反应时间20～22h。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述乙醇与超纯水组成的混合溶液，其中，乙醇与超纯水的体积比为1:1。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述mil—101(fe)载体与混合溶液比例为100mg：100ml。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述氯金酸溶液浓度为10mg/ml；氯金酸与mil—101(fe)载体的比例为2～5ml：100mg。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述硼氢化钠溶液的浓度为0.1m，硼氢化钠溶液与mil—101(fe)载体的比例为1～3ml：100mg。

9.权利要求1～8所述的制备方法制得的催化剂产品。

10.如权利要求9所述的催化剂产品在在电化学合成氨催化剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种Au负载MIL‑101(Fe)催化剂的制备方法及其应用，包括，将氯化铁六水和对苯二甲酸加入有机溶剂中，超声混合溶解，形成均匀混合溶液；将混合溶液进行水热反应，反应结束冷却至室温，所得沉淀离心、洗涤、真空干燥，得到MIL—101(Fe)载体；将MIL—101(Fe)载体超声分散在乙醇与超纯水组成的混合溶液中，冰浴搅拌，移取氯金酸溶液于MIL—101(Fe)混合液中，冰浴搅拌，制得混合溶液；将硼氢化钠溶液缓慢滴入混合液中，得到黑色悬浊液，洗涤、真空干燥即得到Au负载MIL‑101(Fe)催化剂。本发明首次提出一种适用于高性能电化学合成氨的催化剂，优选15％Au@MIL—101(Fe)—2mlNaBH<subgt;4</subgt;，实现最佳的氨催化效果。

技术研发人员：银凤翔,倪梓扬,李国儒
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15