CN107149931B - 氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的制备方法及该催化剂的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化锌量子点‑铌酸钾光催化剂的制备方法及该催化剂的用途，以氯化锌、氢氧化钠、三乙二醇为原料，采用溶剂热法制备氧化锌量子点。以氢氧化钾、五氧化二铌、盐酸为原料，采用二次水热法制备片状铌酸钾，并负载氧化锌量子点。本发明所用原料廉价易得，操作简便，将制备好的催化剂应用于异丙醇溶液中光催化还原CO2制备甲醇，具有较高的产率。
Description
技术领域
本发明关于一种新型光催化剂的制备，该催化剂应用于光催化还原二氧化碳领域。
背景技术
当今，石油、煤、天然气等化石燃料的大量燃烧导致大气中CO2的浓度急剧增加，引起温室效应，严重影响人类的生存与发展。如何及时有效的减少、利用CO2迫在眉睫。光催化是仿照大自然中植物的光合作用，将CO2转换成有机物，不仅综合利用CO2，真正实现了碳循环，同时缓解了全球资源短缺的问题，具有重要的意义。
光催化反应中光生电子与空穴的快速复合导致催化活性降低、催化剂可见光活性低等问题不容忽视。尽管国内外研究学者通过对半导体催化剂表面沉积贵重金属、与窄禁带半导体催化剂复合、掺杂离子、染料敏化等表面修饰的方法，有效的提高光催化的反应活性和光能的利用率，但仍然不能解决光催化的根本问题。因此，探究开发新型具有高催化活性和宽光谱响应(包括紫外及可见光)的半导体光催化剂成为光催化还原CO2课题主要的研究方向。
本发明以氧化锌量子点和片状铌酸钾KNb3O8作为光催化剂，制备出具有耦合光催化活性的异质结型光催化剂，并应用于异丙醇溶液中光催化还原CO2制备甲醇，获得较高的产率。
发明内容
本发明要解决的技术问题：制备一种具有较高光催化活性的异质结型光催化剂，以异丙醇作为反应物与溶剂，在紫外光照射下，该催化剂对还原CO2为甲醇具有较高活性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)以氯化锌、氢氧化钠、三乙二醇为原料，采用溶剂热法制备氧化锌量子点；2)以氢氧化钾、五氧化二铌、盐酸为原料，采用二次水热法制备片状铌酸钾，3)将铌酸钾负载氧化锌量子点。
其中，步骤1)具体包括：
(1)将氯化锌溶解于三乙二醇中；
(2)将氢氧化钠溶解于三乙二醇中；
(3)将上述两种溶液放入超声波仪器中超声1h；
(4)将超声好的两种溶液在500rpm的磁力搅拌下，油浴加热90℃冷凝回流3h，然后再升温至120℃反应1h；
(5)将反应好的溶液冷却至室温；
(6)用无水乙醇和去离子水洗涤3次得淡黄色产物。
其中，步骤2)具体包括：
(1)将氢氧化钾(KOH)溶于去离子水中，磁力搅拌均匀至透明无色溶液；
(2)将五氧化二铌(Nb2O5)加入上述无色溶液中，继续磁力搅拌；
(3)将上述白色浑浊液移至聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应180℃48h；
(4)待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温得澄清溶液；
(5)将上述溶液取出至烧杯中，并放入恒温25℃的恒温冷凝水域中，在磁力搅拌下缓慢滴入盐酸，调节反应体系的PH至5-6；
(6)随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30 min后移至聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，水热反应200℃48h。
(7)待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温。
(8)倒掉上层清液，取出白色沉淀物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤 3次。
进一步的，步骤2)中包括加入氧化锌量子点的步骤。该步骤是：随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30min；按照摩尔比 (1％～5％)称取已经制备好的氧化锌量子点，磁力搅拌30min；将上述反应液体移至于75mL的聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，水热反应200℃48h。
一种氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的用途，该催化剂应用于异丙醇溶液中光催化还原CO2制备甲醇。
本发明的有益效果是：所用原料廉价易得，操作简便，将制备好的催化剂应用于异丙醇溶液中光催化还原CO2制备甲醇，具有较高的产率。
附图说明：
图1(a)为ZnO量子点的SEM图；(b)(c)为片状KNb3O8的SEM图(d) 为ZnO量子点负载片状KNb3O8的SEM图。
图2为2wt％的ZnO量子点负载KNb3O8的TEM图。
图3为不同质量比例ZnO—KNb3O8的XRD图。
图4为不同质量比例ZnO—KNb3O8的UV-vis光谱图。
图5为不同比例ZnO—KNb3O8催化剂的光催化活性。
图6为不同质量比的ZnO量子点负载片状KNb3O8的活性评价图。
具体实施方式
实施例1：
采用溶剂热法合成氧化锌量子点，具体实验步骤如下：
(1)、称取1.387g(0.01mol)氯化锌溶解于100mL三乙二醇中。
(2)、称取0.8g(0.02mol)氢氧化钠溶解于100mL三乙二醇中。
(3)、将上述两种溶液放入超声波仪器中超声1h。
(4)、将超声好的两种溶液放入250mL的三口烧瓶中，在500rpm的磁力搅拌下，油浴加热90℃冷凝回流3h，然后再升温至120℃反应1h。
(5)、将反应好的溶液从油浴锅中取出，冷却至室温后。
(6)、用无水乙醇和去离子水洗涤3次，得淡黄色产物。
(7)、将产物放入80℃的鼓风干燥箱中，恒温干燥12h。
(8)、将干燥好的产物研磨后装入袋中，贴上标签。
实施例2：
二次水热法制备片状KNb3O8催化剂：
(1)、称取6.72g氢氧化钾(KOH)溶于30mL的去离子水中，磁力搅拌均匀至透明无色溶液。
(2)、再称取0.442g的五氧化二铌(Nb2O5)加入上述无色溶液中，继续磁力搅拌30min。
(3)、将上述白色浑浊液移至75mL的聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应 180℃48h。
(4)、待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温得澄清溶液。
(5)、将上述溶液取出至100mL的烧杯中，并放入恒温25℃的恒温冷凝水域中，在磁力搅拌下缓慢滴入盐酸，调节反应体系的PH至5-6。
(6)、随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30 min后移至于75mL的聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，水热反应200℃48 h。
(7)、待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温。
(8)、倒掉上层清液，取出白色沉淀物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次。
(9)、将洗涤好的产物放入80℃的鼓风干燥箱中进行干燥24h。
(10)、将干燥好的产物研磨好装袋保存。
实施例3：
水热法制备ZnO—KNb3O8催化剂：
(1)、称取6.72g氢氧化钾(KOH)溶于30mL的去离子水中，磁力搅拌均匀至透明无色溶液。
(2)、再称取0.442g的五氧化二铌(Nb2O5)加入上述无色溶液中，继续磁力搅拌30min。
(3)、将上述白色浑浊液移至75mL的聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应 180℃48h。
(4)、待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温得澄清溶液。
(5)、将上述溶液取出至100mL的烧杯中，并放入恒温25℃的恒温冷凝水域中，在磁力搅拌下缓慢滴入盐酸，调节反应体系的pH至5-6。
(6)、随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30 min
(7)、按照摩尔比(1％～5％)称取适量已经制备好的氧化锌量子点，磁力搅拌30min。
(8)、将上述反应液体移至于75mL的聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，水热反应200℃48h。
(9)、待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温。
(10)、倒掉上层清液，取出白色沉淀物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次。
(11)、将洗涤好的产物放入80℃的鼓风干燥箱中进行干燥24h。
(12)、将干燥好的产物研磨好装袋保存。
图1(a)为ZnO量子点的SEM图，(b)(c)为片状KNb3O8的SEM图， (d)ZnO量子点负载片状KNb3O8的SEM图。图2为ZnO量子点负载片状 KNb3O8的TEM图。如图所示，ZnO量子点为10nm，片状铌酸钾长十几微米，宽700nm，ZnO量子点成功负载片状铌酸钾。
图3中a，b，c，d，e分别代表纯相的KNb3O8，ZnO—KNb3O8(1wt％:1)， ZnO—KNb3O8(2wt％:1)，ZnO—KNb3O8(3wt％:1)，ZnO—KNb3O8(4wt％: 1)图。图中表明：纯KNb3O8样品在2θ＝12.98°、23.77°、25.82°、28.48°、31.62 °等位置出现较强的衍射峰，且与KNb3O8标准卡片JCPDS#75–2182相符，并且没有任何杂峰，晶型较好，结晶度较高。当负载ZnO量子点后，出现在31.76°、 34.42°、36.25°、47.53°等位置的衍射峰，对应为ZnO量子点(JCPDS36–1451)的特征峰。但由于ZnO量子点的负载量太少，因此图中，负载后的ZnO量子点的特征峰不明显。
图4为2wt％ZnO量子点负载KNb3O8的X射线能谱图(EDS)。由图可知，样品除了K、Nb、O元素以外，还检测到少量Zn的存在，从而可以进一步说明 ZnO量子点成功负载在KNb3O8表面。
图5为不同质量比的ZnO量子点负载片状KNb3O8的UV-vis光谱图。图中a、b、c、d、e、f分别代表纯相的KNb3O8、纯相ZnO、ZnO—KNb3O8(1wt％: 1)，ZnO—KNb3O8(2wt％:1)，ZnO—KNb3O8(3wt％:1)，ZnO—KNb3O8 (4wt％:1)。由图可知纯相的KNb3O8最大吸收波长约为343nm，只能响应紫外光区域，当ZnO量子点负载后催化剂的吸收边逐渐发生了“蓝移”，随着ZnO 量子点含量的不断增加，负载后的催化剂的吸收波长达376nm，能吸收更多的光，提高光催化反应的活性。
在紫外光照射下，通过催化剂在异丙醇溶液中光催化将CO2还原制备甲醇的反应速率来评价催化剂的活性。光催化还原CO2的反应器为自制的带有冷却水夹套的石英反应器，反应器两侧有通气孔，顶部是夹有石英片的不锈钢法兰，使得光催化反应器处于密闭状态，同时石英片能够减少光照过程中损失的紫外光强度。具体活性评价反应：首先取20毫克制备好的光催化剂和20毫升色谱级异丙醇溶液于反应器中，同时磁力搅拌该悬浮液。通入30分钟高纯的CO2，使得反应器中的空气完全排除并使悬浮液饱和，然后迅速封闭通气口使体系处于密封状态。打开反应器上方主波长为365nm的紫外灯，循环水和风机，使反应体系维持在20℃进行光反应。反应结束后将产物离心分离并用气质联用仪 GC-MS(Agilent5975C)定性分析，用气相色谱GC(SCION 456-GC)FID检测器定量分析。
图6为不同质量比的ZnO量子点负载片状KNb3O8的活性评价图。图中0、 1、2、3、4分别代表纯相片状KNb3O8、ZnO—KNb3O8(1wt％:1)，ZnO—KNb3O8 (2wt％:1)，ZnO—KNb3O8(3wt％:1)，ZnO—KNb3O8(4wt％:1)。由图可知负载ZnO量子点后样品活性明显高于纯KNb3O8的光催化还原CO2的活性。当负载2wt％ZnO量子点时，制备甲醇的反应速率达到最大值1539.77μmol/h/gcat。
Claims (4)
1.一种氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)以氯化锌、氢氧化钠、三乙二醇为原料，采用溶剂热法制备氧化锌量子点；
2)以氢氧化钾、五氧化二铌、盐酸为原料，采用二次水热法制备片状铌酸钾；
3)将铌酸钾负载氧化锌量子点；
其中步骤1)具体包括：
(1)将氯化锌溶解于三乙二醇中；
(2)将氢氧化钠溶解于三乙二醇中；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的两种溶液放入超声波仪器中超声1h；
(4)将超声好的两种溶液在500rpm的磁力搅拌下，油浴加热90℃冷凝回流3h，然后再升温至120℃反应1h；
(5)将反应好的溶液冷却至室温；
(6)用无水乙醇和去离子水洗涤3次得淡黄色产物；
步骤2)具体包括：
(1)将氢氧化钾(KOH)溶于去离子水中，磁力搅拌均匀至透明无色溶液；
(2)将五氧化二铌(Nb2O5)加入上述无色溶液中，继续磁力搅拌；
(3)将步骤(2)所得白色浑浊液移至聚四氟乙烯的反应釜中，180℃水热反应48h；
(4)待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温得澄清溶液；
(5)将上述溶液取出至烧杯中，并放入恒温25℃的恒温冷凝水浴中，在磁力搅拌下缓慢滴入盐酸，调节反应体系的pH至5-6；
(6)随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30min后移至聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，200℃水热反应48h；
(7)待反应结束后，将反应釜取出冷却至室温；
(8)倒掉上层清液，取出白色沉淀物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次。
2.根据权利要求1所述的氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的制备方法，其特征是：步骤3)中包括加入氧化锌量子点的步骤。
3.根据权利要求2所述的氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的制备方法，其特征是：加入氧化锌量子点的步骤是：随着盐酸的加入，澄清溶液逐渐变为白色乳浊状液体后继续搅拌30min；按照摩尔比1％～5％称取已经制备好的氧化锌量子点，磁力搅拌30min；将反应液体移至于75mL的聚四氟乙烯的反应釜中进行二次水热，200℃水热反应48h。
4.一种权利要求1-3任一项所得氧化锌量子点-铌酸钾光催化剂的用途，其特征是：该催化剂应用于异丙醇溶液中光催化还原CO2制备甲醇。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3565577A (en) * | 1968-03-29 | 1971-02-23 | Bell Telephone Labor Inc | Method for producing potassium niobate crystals |
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|---|---|---|---|---|
| US3565577A (en) * | 1968-03-29 | 1971-02-23 | Bell Telephone Labor Inc | Method for producing potassium niobate crystals |
| JPS6274452A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-06 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 水の光分解触媒 |
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