铜单原子负载二氧化钛纳米片、制备方法、应用及方法

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种铜单原子负载二氧化钛纳米片、制备方法、应用及方法。

背景技术

氨(NH

高分散的单原子催化剂(SACs)由于其100％的原子利用率和低配位环境下原子的高选择性，已逐渐成为各个领域的热点。原子级分散使SACs显现出更大的比表面积与更强的催化活性。有许多研究报道了一些能催化NRR的单原子催化材料，这些单原子材料可以通过共价或强电子相互作用与载流子结合，以在整个NRR过程中作为活性位点，进一步提高氨产量。

单独的光场不能催化氮还原反应，将外部场引入到催化过程中可以显著提高材料的内在性质与催化效率，例如，等离子体场可以振动激发特定分子，在一定程度上可以有效降低热催化过程中的活化温度；适当的光辐照可以影响电催化剂的电子性质，如电子转移、能带弯曲、电荷分布、费米能级以及中间体的吸附能，这些因素都会改变催化途径和性能。因此，将光场作为催化剂的增强相引入到电化学过程中亦可以为单原子材料在电催化NRR领域提供更长远的发展。

发明内容

针对上述技术中氨气生产过程中条件苛刻，催化效率低的技术问题，本发明提出了一种铜单原子负载二氧化钛纳米片、制备方法、应用及方法。

一方面，本发明提出了一种铜单原子负载二氧化钛纳米片的制备方法，包括以下步骤：

将体积比为1：0.1～1的钛酸四丁酯和氢氟酸在200～250℃下煅烧20～30h后，洗涤，真空干燥，得到二氧化钛纳米片；

将所述二氧化钛纳米片溶解后加入浓度为1mol/L的(NH

将所述混合溶液在－15℃～－20℃的条件下，用365nm紫外光照射10～15min，洗涤干燥即可。

在一些实施例中，所述(NH

另一方面，本发明提出了一种铜单原子负载二氧化钛纳米片，所述铜单原子负载二氧化钛纳米以铜作为催化活性中心。

另一方面，本发明提出了铜单原子负载二氧化钛纳米片在光增强催化氮还原合成氨中的应用。

在一些实施例中，将所述铜单原子负载二氧化钛纳米片与光场相结合，所述光场的引入促进了所述铜单原子负载二氧化钛纳米片的电子传导能力，提高了所述铜单原子负载二氧化钛纳米片对NRR反应的光电响应。

另一方面，本发明提出了铜单原子负载二氧化钛纳米片催化氮还原合成氨的方法，所述合成氨的方法为采用三电极装置，在所述三电极装置上增加氙灯光源，在N

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明制备的Cu SAs/TiO

本发明制备的Cu SAs/TiO

本发明的Cu SAs/TiO

本发明的Cu SAs/TiO

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为实施例1制得的Cu SAs/TiO

图2为实施例1制得的Cu SAs/TiO

图3为实施例1制得的Cu SAs/TiO

图4为二氧化钛在0.5mol/L硫酸钾作为电解质，扫描速率为2mV/s下的NRR电化学和光增强电化学性能；

图5为Cu SAs/TiO

图6为不同电位下的it曲线；

图7为不同电位下电解液对应的紫外-可见吸收光谱；

图8为Cu SAs/TiO

图9为在0.5mol/L硫酸钾电解液下，Cu SAs/TiO

图10为Cu SAs/TiO

图11为Cu SAs/TiO

图12为不同扫速下TiO

图13为不同扫速下Cu SAs/TiO

图14为不同扫速下TiO

图15为Cu SAs/TiO

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

TiO

在室温下，5mL的钛酸四丁酯中加入0.5mL的氢氟酸，随后，将上述混合物放置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于250℃反应24h，然后在1000r/min下离心5min，收集沉淀物，将沉淀物先用无水乙醇洗涤6次，再用去离子水洗涤6次，最后在60℃下真空干燥15h，得到尺寸均一的TiO

Cu SAs/TiO

取0.1g上述制备得到的TiO

实施例2：

TiO

在室温下，6mL的钛酸四丁酯中加入1mL的氢氟酸，随后，将上述混合物放置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于200℃反应30h，然后在900r/min下离心8min，收集沉淀物，将沉淀物先用无水乙醇洗涤8次，再用去离子水洗涤8次，最后在50℃下真空干燥20h，得到尺寸均一的TiO

Cu SAs/TiO

取0.15g上述制备得到的TiO

实施例3：

TiO

在室温下，6mL的钛酸四丁酯中加入1mL的氢氟酸，随后，将上述混合物放置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于220℃反应26h，然后在800r/min下离心10min，收集沉淀物，将沉淀物先用无水乙醇洗涤10次，再用去离子水洗涤10次，最后在50℃下真空干燥20h，得到尺寸均一的TiO

Cu SAs/TiO

取0.05g上述制备得到的TiO

实施例4：

以实施例1制得的Cu SAs/TiO

以实施例1制得的Cu SAs/TiO

从图4可以看出基底材料不具备较好的电催化和光催化性质。从图5中可以看出，氩气条件下只发生竞争性反应，与氩气条件下的测试作对比可知Cu SAs/TiO

从图4和图5可以得出，Cu SAs/TiO

电解质使用0.5mol/L的K

对提取的电解液进行测试的具体步骤为：取2mL阴极待测电解液，加入2mL含5.9％水杨酸和5.9％柠檬酸钠，后加入1mL，0.05mol/L的次氯酸钠溶液和200μL，10mg/mL的亚硝基铁氰化钠水溶液。在室温下反应30min后，用紫外可见分光光度计测定所得溶液的吸收光谱，并读取材料在650nm处的吸收值，测试结果如图7所示。

从图6可以看出Cu SAs/TiO

Cu SAs/TiO

在0.5mol/L硫酸钾电解液下，Cu SAs/TiO

根据测得的最优电位，在实施例1制得的Cu SAs/TiO

在实施例1制得的Cu SAs/TiO

在实施例1制得Cu SAs/TiO

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。