[发明专利]Au/VO2

说明书

本申请公开了一种Au/VO₂复合型纳米催化剂及其制备方法。该Au/VO₂复合型纳米催化剂中的VO₂为珊瑚状纳米结构，且VO₂为富氧缺陷VO₂，Au为纳米团簇，所述Au均匀锚定在所述VO₂上；二氧化钒的富氧缺陷处理为Au纳米团簇提供了更丰富和强结合力的锚定位点，促进了纳米团簇与载体间的电子转移，通过金‑二氧化钒复合结构可实现二氧化钒在室温下的局部金属态相变，界面加氢过程既有利于促进界面电子转移，同时可显著提高金原子有效利用率，发挥其高催化活性。本发明提供的该催化剂的制备方法，其工艺步骤较为简单，安全高，可以很便捷的进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，更具体地，涉及一种Au/VO₂复合型纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的逐步发展，人类对于化石能源的过度依赖已经导致二氧化碳等温室气体的排放正在逐年增多；为减轻温室效应的影响，减少二氧化碳的排放，近年来开始倡导节能减排以及低碳生活，虽然减缓了二氧化碳排放量的增长，但其排放量整体仍然呈上升趋势，需要一种可以在部分场景替代化石燃料作为能源或能源储备的物质，来为降低碳排放提供新的出路。

氨得益于其高能量密度、燃烧产物绿色环保、制备原料储量丰富且成本低廉的特性，是未来绿色工业体系中不可或缺的基础工业原料和清洁能源候选；而通过电催化固氮的方法制氨，即利用太阳能、风能、地热能等清洁能源产生的电力进行电解的方法代替传统制氨工业的哈伯-博施法，可显著减少环境污染、碳及有害气体的排放，属于一种新兴的绿色制氨途径。

为克服上述电解过程中解离氮氮三键所需的高势垒，亟需一种高活性、低成本的固氮催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于固氮的Au/VO₂复合型纳米催化剂及其制备方法，其中，采用偏钒酸铵为反应物质，通过高温烧结和氢气退火获得富氧缺陷的二氧化钒，所得产物再经四氯金酸水溶液浸泡获得Au/VO₂复合型纳米催化剂。二氧化钒的富氧缺陷处理为Au纳米团簇提供了更丰富和强结合力的锚定位点，促进了纳米团簇与载体间的电子转移，提升了该催化剂的固氮性能。

根据本发明的一方面，提供一种Au/VO₂复合型纳米催化剂，其特征在于，所述VO₂为珊瑚状纳米结构，所述Au为纳米团簇，所述Au均匀锚定在所述VO₂上，所述Au的纳米团簇的粒径为50-100nm。

优选地，所述VO₂为富氧缺陷VO₂。

优选地，所述Au/VO₂复合型纳米催化剂用于电催化固氮反应。

根据本发明的另一方面，提供一种Au/VO₂复合型纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，获得第一产物；将所述第一产物置入氢气与氩气的混合气氛中进行高温烧结后冷却至室温，获得第二产物；将所述第二产物置入四氯金酸水溶液中，获得混合液；将所述混合液进行固液分离，取出固体并真空干燥，获得如权利要求1所述的Au/VO2复合型纳米催化剂。

优选地，将偏钒酸铵粉末高温烧结后冷却至室温，包括：将盛有偏钒酸铵粉末的石英舟放入管式炉中，并将所述管式炉内部抽为真空状态；向所述管式炉中通入氩气，使所述偏钒酸铵粉末在氩气氛中以600-800℃进行烧结，并保温至少3小时后冷却至室温。

优选地，将所述第一产物置入氢气与氩气的混合气氛中进行高温烧结后冷却至室温，包括：向所述管式炉中通入氢气与氩气的混合气，使所述第一产物在氢气与氩气的混合气氛中以620-680℃进行烧结，并保温10-40分钟后冷却至室温。