CN116272991B - 铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116272991B CN116272991B CN202310314403.2A CN202310314403A CN116272991B CN 116272991 B CN116272991 B CN 116272991B CN 202310314403 A CN202310314403 A CN 202310314403A CN 116272991 B CN116272991 B CN 116272991B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- oxygen
- copper
- vacancy
- catalyst
- 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.)
- Active
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 242
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 48
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012691 Cu precursor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 16
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims description 6
- SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N copper;dinitrate;trihydrate Chemical group O.O.O.[Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Cu+2].[O-]S([O-])(=O)=O JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001362 electron spin resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
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
- B01J23/72—Copper
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2209/00—Specific waste
- F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；S2、将所述悬浊液干燥，之后在400‑450℃下煅烧得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂。此外，本发明还提出上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中的应用。该催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中表现出优异的N2选择性。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
二氧化钛是一种白色固体或粉末状的两性氧化物，具有可调节的多孔表面和分布、较高的热稳定性等优点，被广泛应用于气相污染物的催化氧化研究中。其中板钛矿晶相的二氧化钛表面氧物种的种类丰富，具有介稳态的性质易于进行表面改性。
铜基催化剂矿藏丰富、廉价易得，在含氮VOCs领域具有优异的催化氧化活性，而单原子催化剂作为一个新兴的多相催化领域，具有最大的原子利用率、独特电子结构、高度均一的催化活性位点等优点，从而对各种反应产生良好的催化性能，但是单原子铜基催化剂催化乙腈还少有研究，选用单原子铜负载二氧化钛材料有望进一步提高铜基催化剂的应用潜力。
而氧空位是普遍存在于金属氧化物载体的一种内在的缺陷，是金属氧化物晶格氧脱去一个氧原子后形成的，氧空位处会形成丰富的局域电子，改变反应物分子的吸附，影响金属氧化物的物理和化学性质，因此有利于进一步提升催化剂的催化性能。综上所述，单原子铜/缺陷二氧化钛材料具有广阔的应用前景。
许多贵金属已经被证实对含氮VOCs具有高的催化氧化活性，但由于氧化还原能力较好，会导致含氮VOCs物种的过度氧化会导致NOx的大量生成，其N2选择性不理想，且贵金属资源少，价格昂贵，限制了其在该领域的大规模应用。如何开发具有优良催化性能和优良稳定性的催化剂，使含氮VOCs乙腈分子能够在更宽的温度范围内较为彻底转化为CO2、N2和H2O仍然是本领域的技术人员亟待解决的关键技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用，解决现有技术中如何使含氮VOCs乙腈分子能够在更宽的温度范围内较为彻底转化为CO2、N2和H2O。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu+的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。
进一步地，所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；和/或，Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。
此外，本发明还提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；
S2、将所述悬浊液干燥，之后在400-450℃下煅烧得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂。
进一步地，在步骤S1中，所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的摩尔比为0.03-0.05:1。
进一步地，在步骤S2中，所述煅烧的时间为2-3h。
进一步地，，在步骤S1中，所述铜的前驱体溶液由以下步骤制得：将可溶性铜盐与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到所述铜的前驱体溶液；和/或，在步骤S1中，所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液由以下步骤制得：将含氧空位缺陷二氧化钛粉末与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到。
进一步地，所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛由以下步骤制得：将板钛矿二氧化钛粉末放入管式炉中，通入总气体流量为200-250mL/min，H2:N2为1:18-20的混合气，升温至550-600℃煅烧得到。
进一步地，在步骤S1中，所述可溶性铜盐为三水合硝酸铜或者五水硫酸铜。
进一步地，所述含氧空位缺陷二氧化钛在550-600℃下的煅烧时间为10-12h。
此外，本发明还提出上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂或者上述制备方法制得的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷的二氧化钛，所述铜以Cu+的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形，该催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中表现出优异的N2选择性，而且在200-400℃范围内都能够将含氮VOCs乙腈分子较为彻底地转化为CO2、N2和H2O。
附图说明
图1为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的透射电子显微镜图；
图2为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的粒径分布图；
图3为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的mapping图；
图4为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的XRD图谱；
图5为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的EPR图谱
图6为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的XPS图谱；
图7为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂催化乙腈的转化效率图。
图8为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂催化乙腈生成N2效图率。
图9为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的稳定性测试图。
具体实施方式
本具体实施方式提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu+的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形；进一步地，所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；和/或，Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。
此外，本具体实施方式还提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的质量比为0.03-0.05:1；所述铜的前驱体溶液由以下步骤制得：将可溶性铜盐与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到所述铜的前驱体溶液，所述超声的时间为20分钟以上；所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液由以下步骤制得：将含氧空位缺陷二氧化钛粉末与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到，所述超声的时间为20分钟以上；所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛由以下步骤制得：将板钛矿二氧化钛粉末放入管式炉中，通入总气体流量为200-250mL/min，H2:N2为1:18-20的混合气，升温至550-600℃煅烧10-12h得到；所述可溶性铜盐为三水合硝酸铜或者五水硫酸铜；
S2、将所述悬浊液干燥，之后在400-450℃下煅烧2-3h得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂；将所述悬浊液干燥包括：将所述悬浊液在85-90℃下旋转蒸发，之后在60-65℃下真空干燥。
此外，本具体实施方式还提出上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂或者上述制备方法制得的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中的应用。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，由以下步骤制得：
T1、板钛矿二氧化钛于石英管中，继续装好石英棉，放置于管式炉中，通入总气体流量为200mL/min，H2:N2为1:19的混合气，由室温5℃/min程序升温至600℃保温10小时进行煅烧，将煅烧后的粉末进行收集，即得到含氧缺陷的TiO2-Ov；
T2、取20mL正丁醇溶液和30.656mg三水合硝酸铜于烧杯中，利用超声仪配成稳定均一的铜的前驱体溶液；另外取步骤T1制得的1g含氧缺陷的TiO2-Ov于烧杯中，放入磁子，并加入30mL正丁醇溶液，在常温下搅拌20分钟得到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液；之后在搅拌的条件下，将铜的前驱体溶液滴加到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中，继续常温搅拌24小时得到悬浊液；将上述得到的悬浊液转移至旋蒸瓶中，设置旋转蒸发仪温度为85℃，在旋蒸仪中均匀的旋转蒸发出正丁醇溶剂直到蒸干，取出样品在65℃真空干燥箱中干燥12小时；之后将样品物转移至瓷舟中，放置于管式炉，在惰性气氛N2的保护下，由室温1℃/min程序升温至400℃煅烧2小时，即得催化剂命名：单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂(SA-Cu/TiO2-Ov)，催化剂中的Cu以一价铜离子(Cu+)形式存在，负载的单原子铜质量分数为0.8％。
针对实施例1所制备的富含氧空位缺陷二氧化钛基催化剂，其相关的表征结果如图1～6所示。从表征结果得出单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂被成功制备出来。如图1扫描电子显微镜结果显示催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。如图2统计粒径分布表明单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂平均粒径大小在67.03nm。如图3mapping结果表明Cu、O、Ti元素均匀分布在催化剂表面。如图4XRD结果表明成功合成板钛矿晶相的二氧化钛，如图5XRD结果表明成功合成氧空位的板钛矿二氧化钛，如图6XPS结果表明Cu以一价铜离子(Cu+)形式存在。以上表征结果也进一步证明了单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛基催化剂的成功制备。
实施例2
本实施例提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，由以下步骤制得：
T1、板钛矿二氧化钛于石英管中，继续装好石英棉，放置于管式炉中，通入总气体流量为250mL/min，H2:N2为1:20的混合气，由室温5℃/min程序升温至550℃保温10小时进行煅烧，将煅烧后的粉末进行收集，即得到含氧缺陷的TiO2-Ov；
T2、取20mL正丁醇溶液和42.734mg无水硫酸铜于烧杯中，利用超声仪配成稳定均一的铜的前驱体溶液；另外取步骤T1制得的1g含氧缺陷的TiO2-Ov于烧杯中，放入磁子，并加入30mL正丁醇溶液，在常温下搅拌20分钟得到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液；之后在搅拌的条件下，将铜的前驱体溶液滴加到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中，继续常温搅拌24小时得到悬浊液；将上述得到的悬浊液转移至旋蒸瓶中，设置旋转蒸发仪温度为80℃，在旋蒸仪中均匀的旋转蒸发出正丁醇溶剂直到蒸干，取出样品在60℃真空干燥箱中干燥12小时；之后将样品物转移至瓷舟中，放置于管式炉，在惰性气氛N2的保护下，由室温3℃/min程序升温至450℃煅烧3小时，即得催化剂命名：单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂(SA-Cu/TiO2-Ov)，催化剂中的Cu以一价铜离子(Cu+)形式存在。
实施例3
本实施例提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，由以下步骤制得：
T1、板钛矿二氧化钛于石英管中，继续装好石英棉，放置于管式炉中，通入总气体流量为250mL/min，H2:N2为1:18的混合气，由室温5℃/min程序升温至600℃保温11小时进行煅烧，将煅烧后的粉末进行收集，即得到含氧缺陷的TiO2-Ov；
T2、取20mL正丁醇溶液和49.356mg Cu(NO3)2于烧杯中，利用超声仪配成稳定均一的铜的前驱体溶液；另外取步骤T1制得的1g含氧缺陷的TiO2-Ov于烧杯中，放入磁子，并加入30mL正丁醇溶液，在常温下搅拌20分钟得到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液；之后在搅拌的条件下，将铜的前驱体溶液滴加到含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中，继续常温搅拌24小时得到悬浊液；将上述得到的悬浊液转移至旋蒸瓶中，设置旋转蒸发仪温度为85℃，在旋蒸仪中均匀的旋转蒸发出正丁醇溶剂直到蒸干，取出样品在65℃真空干燥箱中干燥12小时；之后将样品物转移至瓷舟中，放置于管式炉，在惰性气氛N2的保护下，由室温2℃/min程序升温至400℃煅烧2.5小时，即得催化剂命名：单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂(SA-Cu/TiO2-Ov)，催化剂中的Cu以一价铜离子(Cu+)形式存在。
相关试验
实施例1制得的单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛的CH3CN选择性催化燃烧性能测试：
在一个内径为5mm管状石英反应器，在大气压力下使用500毫克催化剂，流量100mL/min，气体质量空速(WHS.V.)的12000毫升每克每小时。测试气体组分由375ppmCH3CN、5％ O2和He平衡气组成；从100℃加热至400℃(5℃/min；间隔50℃/段)，每个温度段保温30分钟。CH3CN稳定性测试选取具有最佳氮气选择性时的温度即250℃进行测试，测试气氛与活性测试条件保持一致，测试时间为24h。从图7可以看到，与处理前的二氧化钛以及含氧空位缺陷二氧化钛相比，单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂显示优异的催化氧化活性。图8可以看出，单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂显示优异的N2选择性。且从图9所示，SA-Cu/TiO2-Ov指SA-Cu/TiO2-Ov(单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛)催化剂催化分解乙腈(CH3CN)转化率的稳定性，SA-Cu/TiO2-Ov(N2)指SA-Cu/TiO2-Ov(单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛)催化剂催化分解乙腈生成N2的生成的稳定性。从稳定测试结果看出，单原子Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂显示出了较好的24小时稳定性。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中的应用，其特征在于，所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂由以下步骤制得：
S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的质量比为0.03-0.05:1；
所述铜的前驱体溶液由以下步骤制得：将可溶性铜盐与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到所述铜的前驱体溶液；所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液由以下步骤制得：将含氧空位缺陷二氧化钛粉末与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到；
所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛由以下步骤制得：将板钛矿二氧化钛粉末放入管式炉中，通入总气体流量为200-250mL/min，H2:N2为1:18-20的混合气，升温至550-600℃煅烧得到；
S2、将所述悬浊液干燥，之后在惰性气体氛围中，400-450℃下煅烧得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂；
所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂中，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu+的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形；所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在步骤S2中，由室温1-3℃/min程序升温至400-450℃煅烧2-3h得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在步骤S1中，所述可溶性铜盐为三水合硝酸铜或者五水硫酸铜。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含氧空位缺陷二氧化钛在550-600℃下的煅烧时间为10-12h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310314403.2A CN116272991B (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310314403.2A CN116272991B (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116272991A CN116272991A (zh) | 2023-06-23 |
| CN116272991B true CN116272991B (zh) | 2024-09-13 |
Family
ID=86784937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310314403.2A Active CN116272991B (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116272991B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109603820A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-12 | 天津大学 | 一种氧气条件下常温降解甲醛的单原子催化剂制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1310389B1 (it) * | 1999-06-10 | 2002-02-13 | Consiglio Nazionale Ricerche | Procedimento per l'ossidazione catalitica dei composti organicivolatili. |
| EP2189217A1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-26 | Technical University of Denmark | Nanoparticular metal oxide/anatase catalysts. |
| JP5710444B2 (ja) * | 2011-10-17 | 2015-04-30 | 本田技研工業株式会社 | 光触媒及びその製造方法 |
| WO2017156330A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Qatar University | Method of making a copper oxide-titanium dioxide nanocatalyst |
| CN111482172B (zh) * | 2019-01-25 | 2022-08-16 | 华中师范大学 | CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料及其应用 |
| CN111482174B (zh) * | 2019-01-28 | 2022-08-16 | 华中师范大学 | CuO/TiO2纳米片的制备方法 |
| CN110075894B (zh) * | 2019-04-03 | 2022-02-15 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种金属/复合金属氧化物/g-C3N4催化剂及4-氧代异佛尔酮的制备方法 |
| CN111960464B (zh) * | 2020-08-28 | 2023-04-28 | 陕西科技大学 | 一种富含氧空位缺陷的黑色二氧化钛光纳米材料及其制备方法和应用 |
-
2023
- 2023-03-28 CN CN202310314403.2A patent/CN116272991B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109603820A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-12 | 天津大学 | 一种氧气条件下常温降解甲醛的单原子催化剂制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CO oxidation over CuOx/TiO2 catalyst: The importance of oxygen vacancies and Cu+species;Wei Chen et al.，;《Applied Surface Science》;20230121;第618卷;全文 * |
| Wei Chen et al.，.CO oxidation over CuOx/TiO2 catalyst: The importance of oxygen vacancies and Cu+species.《Applied Surface Science》.2023,第618卷全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116272991A (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109759110A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳负载二氧化钛光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN110201715B (zh) | 铁掺杂聚合物衍生的非贵金属co2还原复合催化剂、其制备方法及其应用 | |
| CN112191265B (zh) | 一种氮掺杂碳负载铜/二氧化铈复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108598505B (zh) | 一种碳化钒/碳布复合材料的制备方法及产品 | |
| CN105381812B (zh) | 一种制备具有介孔结构的复合半导体材料的方法 | |
| CN114990567B (zh) | 碳基载体负载的硫配位钴单原子催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113368905B (zh) | 以壳聚糖为底物合成Co单原子的方法及其在高效活化过硫酸盐降解有机污染物中的应用 | |
| CN105727934B (zh) | 一种大孔-介孔TiO2掺杂过渡金属的脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN107999081B (zh) | 一种碳包覆结构纳米铁基费托合成催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110745864B (zh) | 一种钙钛矿型钛酸镧材料及其制备方法和应用 | |
| CN111558392B (zh) | 一种用于甲烷二氧化碳干重整反应的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111167443B (zh) | 一种新型钌基催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113058658B (zh) | 一种超疏水负载钼的催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN116272991B (zh) | 铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111318296B (zh) | 一种由沸石咪唑骨架材料衍生的负载型钴/碳纳米管材料的制备方法及其应用 | |
| CN108620110B (zh) | 一种碳化钒/石墨烯纳米片复合材料、制备方法及其在水裂解产氢方面的应用 | |
| CN112604708B (zh) | 一种分子筛基单原子催化剂及其制备方法 | |
| CN112108167A (zh) | 一种磷掺杂反蛋白石结构氮化碳光催化剂的制备及其应用 | |
| CN116440937B (zh) | 一种简单的加氢催化剂载体的制备方法及应用 | |
| CN115805090B (zh) | 一种光催化甲烷转化材料及其制备方法 | |
| JP3049312B2 (ja) | 架橋型チタン−ニオブ層状複合酸化物 | |
| CN114849700B (zh) | 一种高选择性Pt基加氢催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110756221A (zh) | Co/CN-H纳米材料、制备方法及其在可见光催化上的应用 | |
| CN115304101B (zh) | 一种铌酸镉纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN116510759B (zh) | 一种铬盐异质载体及其制备方法和应用 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |