一种单分散金属负载氧化钨纳米线及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种单分散金属负载氧化钨纳米线及其制备方法和在光催化固氮中的应用。

背景技术

氨，不仅是重要的农业肥料和化工原料，而且是潜在的氢能载体。目前，工业上使用的Haber-Bosch法通常需要在高温高压的条件下才能实现将氮气转化为氨气，这个过程会消耗大量的能量(全世界总能源的1％-2％)，还会排放大量的温室气体。因此，开发绿色清洁的合成氨方法一直是学术界研究的热点。由于N≡N键的键能高达940.95kJ/mol，N≡N键的解离被认为是合成氨的决速步骤。因此，实现N≡N键活化的关键在于催化剂兼具N

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种单分散的金属负载氧化钨纳米线及其制备方法和在光催化固氮中的应用，该催化剂中具有丰富的氧空位，作为电子陷阱中心，有利于氮气的吸附和活化，明显的提升了光催化固氮的活性。同时负载的单分散的金属作为新的氮气吸附位点和活性位点，有利于NRR反应进行，明显提升了光催化固氮性能。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种单分散金属负载氧化钨纳米线的制备方法，将氧化钨纳米线通过浸渍法和可溶性金属盐混合均匀，然后置于H

本发明中的W

作为优选，所述可溶性金属盐为金属的硝酸盐、硫酸盐或氯化物。

作为优选，所述可溶性金属盐中的金属和氧化钨的质量比为0.01-0.08：1；进一步优选为0.02-0.04：1。

作为优选，所述金属为Fe。

作为优选，所述H

作为优选，灼烧的温度为300℃，时间为60min。

本发明还提供了上述制备方法制得的单分散金属负载氧化钨纳米线。

本发明还提供了上述单分散金属负载氧化钨纳米线的应用，将其用于光催化固氮。

与现有技术相比，本发明的优点：

本发明通过浸渍法和还原气氛(H

附图说明

图1为实施例1制得的样品W

图2为实施例1制得的样品Fe4-SACs/W

图3为实施例1制得的样品W

图4为实施例1制得的样品W

图5为实施例1制得的样品W

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于这些实施例。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明。均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

光催化固氮：

称量10mg催化剂粉末加入到反应管中，加入20ml超纯水，然后在搅拌条件下通氮气30min，流速为80ml/min，然后打开氙灯光源，在全光谱光照射下持续通氮气1h。反应结束后，离心出催化剂，并用0.22μm的滤头过滤催化剂，上清液用离子选择性电极和显色法检测生成的铵根离子。

实施例1

(1)将200g氯化钨和60ml无水乙醇混合，搅拌20分钟后，放入晶化釜中，180℃处理12h。待冷却至室温，用无水乙醇洗涤多次后60℃真空干燥，得到W

(2)将100mg W

如图1所示，W

如图2所示，单分散铁/氧化钨材料中存在W、O、Fe元素，且Fe元素在W

如图3所示，W

如图4所示，W

如图5所示，说明Fe4-SACs/W

实施例2

同实施例1，区别仅在于氯化铁中的铁和氧化钨的质量比为0.01，制得的样品记为Fe1-SACs/W

实施例3

同实施例1，区别仅在于氯化铁中的铁和氧化钨的质量比为0.02，制得的样品记为Fe2-SACs/W

实施例4

同实施例1，区别仅在于氯化铁中的铁和氧化钨的质量比为0.08，制得的样品记为Fe8-SACs/W

将实施例1-4制得的样品用于光催化固氮反应，其结果如表1所示：

表1实施例1-4制得的样品用于光催化固氮反应的结果

从表1中可以看出，氯化铁中的铁和氧化钨的质量比为0.04最优。通过浸渍法，使FeCl

实施例5

(1)将200g氯化钨和60ml无水乙醇混合，搅拌20分钟后，放入晶化釜中，180℃处理12h。待冷却至室温，用无水乙醇洗涤多次后60℃真空干燥，得到W

(2)将100mg纯W

实施例6

同实施例1，区别仅在于氯化铜中的铜和氧化钨的质量比为0.01，制得的样品记为Cu1-SACs/W

实施例7

同实施例1，区别仅在于氯化铜中的铜和氧化钨的质量比为0.02，制得的样品记为Cu2-SACs/W

实施例8

同实施例1，区别仅在于氯化铜中的铜和氧化钨的质量比为0.08，制得的样品记为Cu8-SACs/W

表2实施例5-8制得的样品用于光催化固氮反应的结果

实施例9

(3)将200g氯化钨和60ml无水乙醇混合，搅拌20分钟后，放入晶化釜中，180℃处理12h。待冷却至室温，用无水乙醇洗涤多次后60℃真空干燥，得到W

(4)将100mg纯W

实施例10

同实施例1，区别仅在于六水合硝酸钴中的钴和氧化钨的质量比为0.01，制得的样品记为Co1-SACs/W

实施例11

同实施例1，区别仅在于六水合硝酸钴中的钴和氧化钨的质量比为0.02，制得的样品记为Co2-SACs/W

实施例12

同实施例1，区别仅在于六水合硝酸钴中的钴和氧化钨的质量比为0.08，制得的样品记为Co8-SACs/W

表3实施例9-12制得的样品用于光催化固氮反应的结果

从表2和表3中可以看出，同样通过浸渍法和还原气氛处理，合成了单分散的铜/氧化钨催化剂和单分散的钴/氧化钨催化剂。其中，Cu2-SACs/W

对比例1

将200g氯化钨和一定质量的FeCl

对比例1

将200g氯化钨和一定质量的六水合硝酸钴加入到60ml无水乙醇中(六水合硝酸钴中的钴和氧化钨的质量比分别为0.02、0.04)，搅拌20分钟后，放入晶化釜中，180℃处理12h。待冷却至室温，用无水乙醇洗涤多次后60℃真空干燥，得到Co掺杂的W

表4对比例1-2制得的样品用于光催化固氮反应的结果

从表4中可以看出，一步溶剂热法合成了金属掺杂的氧化钨催化剂。其中，Fe4-W