CN113318751A - 一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 - Google Patents
一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113318751A CN113318751A CN202110540828.6A CN202110540828A CN113318751A CN 113318751 A CN113318751 A CN 113318751A CN 202110540828 A CN202110540828 A CN 202110540828A CN 113318751 A CN113318751 A CN 113318751A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite photocatalyst
- shaped
- sea urchin
- reaction
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- 229910003091 WCl6 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 7
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000257465 Echinoidea Species 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009620 Haber process Methods 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- -1 ammonium ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/888—Tungsten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及光催化领域，尤其涉及一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用。所述复合光催化剂中Fe的质量百分比为0.5%‑10.0%；所述复合光催化剂粒径小于1000 nm，且所述海胆状催化剂触手长度为100‑300 nm，通过醇热法在190‑210℃条件下，反应10‑15 h获得。本发明提供的催化剂兼具良好吸附性能和优异光催化性能，具有较高比面积，拥有高密度的催化活性中心，能有效提高光吸收率，延缓电子空穴复合；本发明提供的复合光催化剂能够降低合成氨的反应条件要求，复合光催化剂合成方法具有条件温和、合成条件简单易得、纯度高等特点，适合规模生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化领域，尤其涉及一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用。
背景技术
近年来，环境污染和能源短缺问题变得日益严重，人们集中精力研究开发各种新型能源技术和设备。光催化技术由于具有环境友好、化学能高等优点，被广泛认为是解决环境污染和能源危机的重要途径。随着工农业发展，氨成为农业和工业中用于肥料和化学品合成的重要化学物质。目前在工业上氨的合成是通过传统的Haber-Bosch工艺完成的，该工艺反应条件苛刻且耗能大，即15-25MPa压强和673-873K温度条件下，消耗的能源占全球能源的1％以上。在众多的光电阳极材料中，氧化钨被认为是有前景的候选材料，因为它有适宜光吸收的禁带宽度(2.5-2.8eV)，高的电子迁移率12cm2v-1s-1和酸性溶液中抗光腐蚀特性。已有研究表明：高的氧缺陷、大的比表面积，活性晶面的裸露、复合半导体异质结等均可提高氧化钨材料的光催化性能。但是，光生电子-空穴对极易快速复合，严重影响了其光催化性能，成为其作为光催化剂最主要的缺陷。
授权号CN106622210B，公开了一种合成海胆状氧化钨的方法，以钨粉、H2O2、氯化钠为原材料，采用水热方法合成海胆状的球形氧化钨。该发明合成方法，在合成过程中没有使用机溶剂控制形貌，后续不需要加热除去有机溶剂从而会改变形貌，影响性能；获得的海胆状的氧化钨结晶度好，比表面积高，无毒、无污染、成本低，可望在光催化降解废水、光解水等领域有良好的应用前景。但本方案没有采用复合掺杂的方法，获得的产品性能有限。
申请号202010458114.6，涉及一种海胆状W18O49材料的制备方法。采用氮掺杂碳量子点作为晶种，采用水热法一步合成海胆状W18O49材料，步骤如下：(1)氮掺杂碳量子点的制备；(2)海胆状W18O49材料的制备。本发明制备的海胆状W18O49材料，具有载流子运输途径独特和小的有机分子运输途径丰富等优点，晶种氮掺杂碳量子点使得光生电子可以更快更有效的转移到W18O49表面，从而提高W18O49电荷分离速率，提高了光生电子的分离效率，促进电子空穴分离。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法。本发明兼具良好吸附性能和优异光催化性能，具有较高比面积，拥有高密度的催化活性中心，能有效提高光吸收率，延缓电子空穴复合。
本发明一方面提供了一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂，所述复合光催化剂中Fe的质量百分比为0.5％-10.0％；所述复合光催化剂粒径小于1000nm；所述复合光催化剂为海胆状，且海胆状触手长度为100-300nm。
本发明的海胆状结构，晶粒外沿的枝晶可以看成是海胆的触手，晶粒细长的触手结构，相当于细化了晶粒，增大了表面积，能够有效抑制光生电子-空穴对的复合进而显著提高对可见光的利用效率。并且，触手长度范围为100-500nm，较为均匀，在直径方向为纳米尺度，具有量子效应，且发明产品性能较为均匀。Fe的质量百分比为0.5％-10.0％，主要是为了在W18O49晶格中制造缺陷；复合光催化剂粒径小于1000nm主要是为了增加比表面积。
作为优选，所述复合光催化剂中Fe的质量百分比为2.5％-5.0％；所述复合光催化剂粒径为200-600nm；所述复合催化剂海胆状触手长度为150-300nm。
当触手较长时，触手直径变大，不利于延长电子空穴的复合；当触手较短时，晶粒比表面积过小，不利于晶粒的催化效率。
其次，本发明还提供了如上述任一项所述的复合光催化剂的制备方法，原料WCl6粉末：FeCl2·4H2O的质量比为10-13:1-1.1，制备过程包括以下步骤：
(1)将WCl6粉末分散于无水乙醇中，搅拌至溶解，获得均一溶液；
(2)在步骤(1)获得的溶液中加入FeCl2·4H2O，WCl6粉末与FeCl2·4H2O的质量比为10-13:1-1.1，搅拌至均匀，获得混合溶液；
(3)将步骤(2)获得的混合溶液加入到反应釜内，在190-210℃条件下进行10-15h的醇热反应，获得醇热反应产物；
(4)分离步骤(3)获得的产物，并对产物进行清洗，随后干燥，获得浅绿色的海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂。
本发明采用的是醇热反应法，关键是要控制反应温度和时间，温度过高使得海胆状形貌溃散，温度过低则使产品产生团聚；反应时间过长会使晶粒过大，反应时间过短则海胆状结构的触手长度不足，难以达到预期效果。因此，本方案需要在190-210℃条件下进行10-15h的醇热反应。
作为优选，所述步骤(1)和步骤(2)的搅拌过程中均采用磁力搅拌，并且搅拌后经过超声处理。
为了获得均匀的溶液，本发明在搅拌和溶液均匀化过程有选了磁力搅拌和超声处理。
作为优选，所述步骤(3)中醇热反应的温度为198-202℃；所述反应时间为11.5-12.5h。
本发明中，优选严格控制醇热反应在198-202℃，反应11.5-12.5h，获得的产品具有较好的均一性和催化性能。
作为优选，所述步骤(4)中的分离采用离心处理；所述离心处理的转述为3500-4500r/min，离心时间为5-10min；，所述步骤(4)中的清洗至少为一次水洗和一次醇洗；所述步骤(4)中的干燥采用烘干处理；所述烘干处理的温度为55-65℃，烘干时间为12-24h。
醇洗的目的是为了更快的干燥，并且醇类会发的过程中能够带走水分。
再者，本发明的催化剂可用于合成氨反应，即本发明提供了一种用于合成氨的复合光催化剂，所述催化剂工作温度范围为25-40℃，工作压力范围为1-2MPa。
应用本发明的催化剂能够在较低的温度范围和压强范围里合成氨气，并且本发明减缓了电子空穴的速率，促进了合成氨反应，使得合成氨反应的条件降低。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的催化剂兼具良好吸附性能和优异光催化性能，具有较高比面积，拥有高密度的催化活性中心，能有效提高光吸收率，延缓电子空穴复合；
2.本发明提供的催化剂能够降低合成氨反应的要求；
3.本发明提供的合成方法具有条件温和、合成条件简单易得、纯度高等特点，适合规模生产应用。
附图说明
图1是本发明提供的催化剂的XRD图片；
图2是本发明提供的催化剂的SEM图片；
图3为本发明提供的催化剂的TEM图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、材料和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、材料和方法。
总实施例
一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂制备方法，包括以下步骤：
(1)将50mg WCl6粉末分散于30mL无水乙醇中，磁力搅拌至溶解，再经过超声处理获得均一溶液；
(2)在步骤(1)获得的溶液中加入5mg FeCl2·4H2O，磁力搅拌至均匀，再经过超声处理获得混合溶液；
(3)将步骤(2)获得的混合溶液加入到反应釜内，在190-210℃条件下进行10-15h的醇热反应，获得醇热反应产物；
(4)分离步骤(3)获得的产物，在4000r/min的转速下，离心处理5min，分离后经过三次清水冲洗和三次醇洗后，获得浅绿色的海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂，再在60℃条件下烘12h，获得本发明所述海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂。
实施例1
一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂制备方法，包括以下步骤：
(1)将50mg WCl6粉末分散于30mL无水乙醇中，磁力搅拌至溶解，再经过超声处理获得均一溶液；
(2)在步骤(1)获得的溶液中加入5mg FeCl2·4H2O，磁力搅拌至均匀，再经过超声处理获得混合溶液；
(3)将步骤(2)获得的混合溶液加入到反应釜内，在200℃条件下进行12h的醇热反应，获得醇热反应产物；
(4)分离步骤(3)获得的产物，在4000r/min的转速下，离心处理5min，分离后经过三次清水冲洗和三次醇洗后，获得浅绿色的海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂，再在60℃条件下烘12h，获得本发明所述海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂。
实施例2
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应温度为190℃，其余条件与实施例1相同。
实施例3
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应温度为195℃，其余条件与实施例1相同。
实施例4
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应温度为205℃，其余条件与实施例1相同。
实施例5
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应温度为210℃，其余条件与实施例1相同。
实施例6
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应时间为10h，其余条件与实施例1相同。
实施例7
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应时间为14h，其余条件与实施例1相同。
实施例8
与实施例1对比，本实施例的区别在于步骤(3)的反应时间为15h，其余条件与实施例1相同。
对比例1
与实施例1对比，本对比例的区别在于步骤(3)的反应温度为100℃，其余条件与实施例1相同。
对比例2
与实施例1对比，本对比例的区别在于步骤(3)的反应温度为260℃，其余条件与实施例1相同。
对比例3
与实施例1对比，本对比例的区别在于步骤(3)的反应时间为8h，其余条件与实施例1相同。
对比例4
与实施例1对比，本对比例的区别在于步骤(3)的反应时间为20h，其余条件与实施例1相同。
对比例5
与实施例1对比，本对比例的区别在于本对比例不添加Fe，其余条件与实施例1相同。
实施例1-8以及对比例1-4获得的样品通过以下方法检测：
1.制备得到的样品通过SEM观察，测量粒径、触手长度等；
2.催化性能测试：将Fe元素掺杂的W18O49光催化剂40mg与60mL去离子水混合，搅拌均匀，反应前用离子色谱检测确认是否存在铵污染，在确保环境无铵污染的情况下将盛有40mg样品和60mL去离子水的石英容器放入高压反应釜，体系先通氩气半小时保证无污染，外接排气管使反应釜内过剩氮气及时排除，后由鼓泡器鼓泡进行合成氨反应，每隔一小时取一次样检测铵离子浓度，共取五次，反应过程中温度保持在25-40℃之间。
具体结果如表1所示。
表1测试结果
对比实施例1-5以及对比例1-2可以看到，催化剂制备的反应温度对催化剂的结构和性能有较大的影响，当温度略低于200℃时，海胆状的晶粒触手长度较短，对于电子空穴的复合有延长作用，但是比表面积相对较小；而温度略高于200℃时，海胆状的晶粒触手长度较长，但同时触手的直径变大，对电子空穴的复合延长作用减弱；当温度过高时，晶粒直径变大，触手越来越粗，底部相互接触，反而使得触手长度变短。但总体而言，在反应温度为190-210℃范围里制备的催化剂具有较好的催化性能。
对比实施例1和实施例6-8以及对比例3-4可以看到，催化剂制备的反应时间对催化剂的结构和性能有较大的影响，当时间略少于12h时，海胆状的晶粒触手长度较短，对于电子空穴的复合有延长作用，但是比表面积相对较小；而时间略长于12h时，海胆状的晶粒触手长度较长，但同时触手的直径变大，对电子空穴的复合延长作用减弱；当时间过长时，晶粒直径变大，触手越来越粗，底部相互接触，反而使得触手长度变短。但总体而言，在10-15h的反应时间范围里制备的催化剂具有较好的催化性能。
对比实施例1-8以及对比例5可知，Fe的添加促进了NH3的合成，这可能是Fe的添加增加了晶体结构的点缺陷所致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种海胆状Fe 掺杂W18O49复合光催化剂，其特征在于：所述复合光催化剂中Fe的质量百分比为0.5 %-10.0 %；所述复合光催化剂粒径小于1000 nm；所述复合光催化剂为海胆状，且海胆状触手长度为100-300 nm。
2.如权利要求1所述复合光催化剂，其特征在于，所述复合光催化剂中Fe的质量百分比为2.5 %-5.0 %。
3.如权利要求1所述复合光催化剂，其特征在于，所述复合光催化剂粒径为200-600nm。
4.如权利要求1所述复合光催化剂，其特征在于，所述复合催化剂海胆状触手长度为150-300 nm。
5.一种如权利要求1-4之一所述的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将 WCl6 粉末分散于无水乙醇中，搅拌至溶解，获得均一溶液；
（2）在步骤（1）获得的溶液中加入FeCl2•4H2O，WCl6 粉末与FeCl2•4H2O的质量比为10-13:1-1.1，搅拌至均匀，获得混合溶液；
（3）将步骤（2）获得的混合溶液加入到反应釜内，在190-210 ℃条件下进行10-15 h的醇热反应，获得醇热反应产物；
（4）分离步骤（3）获得的产物，并对产物进行清洗，随后干燥，获得浅绿色的海胆状Fe掺杂 W18O49 复合光催化剂。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）的搅拌过程中均采用磁力搅拌，并且搅拌后经过超声处理。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中醇热反应的温度为198-202 ℃；所述反应时间为11.5-12.5 h。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的分离采用离心处理；所述步骤（4）中的清洗至少为一次水洗和一次醇洗；所述离心处理的转速为3500-4500 r/min，离心时间为5-10 min。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的干燥采用烘干处理；所述烘干处理的温度为55-65 ℃，烘干时间为12-24 h。
10.如权利要求1-4之一所述复合光催化或权利要求5-9之一所述制备方法所得的复合光催化剂在氨合成中的应用，其特征在于，所述催化剂工作温度范围为25-40℃，工作压力范围为1-2 MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110540828.6A CN113318751A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110540828.6A CN113318751A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113318751A true CN113318751A (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=77415835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110540828.6A Pending CN113318751A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113318751A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115301262A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-08 | 福州大学 | 一种具有海胆球形貌的复合光催化剂材料及其制备方法和应用 |
| CN116786163A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-22 | 江苏大学 | 一种基于金属原子修饰的w18o49(m-w18o49)/pdi异质光催化剂的制备方法及应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111847516A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-10-30 | 黑龙江大学 | 一种海胆状w18o49材料的制备方法 |
-
2021
- 2021-05-18 CN CN202110540828.6A patent/CN113318751A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111847516A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-10-30 | 黑龙江大学 | 一种海胆状w18o49材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| XUETING CHANG: "Synthesis of transition metal-doped tungsten oxide nanostructures and their optical properties", 《MATERIALS LETTERS》 * |
| ZIHAO YING: "Efficiently enhanced N2 photofixation performance of sea-urchin-like W18O49 microspheres with Mn-doping", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 * |
| 宋开南: "醇热法制备纳米氧化钨（W18O49）及其光催化性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 徐静: "单斜相氧化钨改性材料的制备及其光催化固氮性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115301262A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-08 | 福州大学 | 一种具有海胆球形貌的复合光催化剂材料及其制备方法和应用 |
| CN115301262B (zh) * | 2022-07-06 | 2023-08-18 | 福州大学 | 一种具有海胆球形貌的复合光催化剂材料及其制备方法和应用 |
| CN116786163A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-22 | 江苏大学 | 一种基于金属原子修饰的w18o49(m-w18o49)/pdi异质光催化剂的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108660473B (zh) | 一种基于MXene与过渡金属碳化物复合纳米结构的电解海水制氢催化剂及其合成方法 | |
| CN113318751A (zh) | 一种海胆状Fe掺杂W18O49复合光催化剂及其制备方法、应用 | |
| CN107742732B (zh) | 一种含铁氧还原催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2023274269A1 (zh) | 一种贵金属负载共价有机框架的复合材料及其制备方法 | |
| CN110721717A (zh) | 多孔片状氮化钨/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110534732A (zh) | 一种镍钴锰三元前驱体材料的制备方法 | |
| CN1125781C (zh) | 四氧化三钴纳米粉体的制备方法 | |
| JP2023507208A (ja) | ２～４μｍの電池グレードの四酸化コバルトの調製方法 | |
| CN112663076A (zh) | 一种具有中空结构的铁掺杂二硒化钼纳米材料及其制备方法与电催化氮还原应用 | |
| CN113275002B (zh) | 一种C/MoO2多孔光催化剂及其制备方法、应用 | |
| CN106964362A (zh) | 金属钼酸盐/碳复合纳米纤维及其制备方法以及复合材料及其应用 | |
| CN111977629A (zh) | 一种氮化钨包覆碳球并在碳球上原位生成氮化钨纳米棒的合成方法 | |
| CN107008485B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯负载Ru和WO3的催化剂及制备方法与应用 | |
| CN110669755B (zh) | 一种有机-无机杂化纳米花及其制备方法 | |
| CN110624548B (zh) | 脱除煤液化油中杂原子的多级氧化铁催化剂的制备方法 | |
| CN113005477A (zh) | 一种磷硫共掺杂石墨烯负载Mo2C复合材料的制备方法 | |
| CN114984926B (zh) | 一种高抗团聚rgo基磁性锂离子印迹聚合物的制备方法 | |
| CN114261983B (zh) | 一种层状扁球形结构氧化铈材料及其制备方法和应用 | |
| CN114618440B (zh) | 一种锂盐吸附剂前驱体的合成工艺 | |
| CN113322476B (zh) | 一种银掺杂铜纳米片催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN115845925A (zh) | 自组装sh-mof复合空心球形c3n4的制备方法及其在固氮合成氨中的应用 | |
| CN114540840B (zh) | 一种FeCo/N-C纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112723421B (zh) | 一种FeMnSx纳米片簇及其制备方法 | |
| CN112246253B (zh) | 一种Co15Fe3S16纳米点状化合物及其制备方法 | |
| CN113751037B (zh) | 一种结合有机金属框架的金属碳化物Fe3C/Mo2C的制备和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210831 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |