[发明专利]一种双原子团簇光催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种双原子团簇光催化剂的制备方法，其步骤为：(1)将尿素、醋酸锌与水混合搅拌，减压去除水、加热、洗涤干燥，得Zn‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;粉末；(2)将步骤(1)干燥后的Zn‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;粉末与RuClsubgt;3/subgt;溶液混合，在氙灯光照下反应得到RuZn‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;异核双原子光催化剂。通过本发明提供制备方法得到的的双原子团簇光催化剂可实现在光照条件下高效还原水为氢气，同时氧化乳酸为丙酮酸。合成方法简单，耗能低，成本低廉，有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种双原子团簇光催化剂的制备方法。

背景技术

随着工业化发展和全球人口的不断增加，人类社会正面临着日益严重的资源枯竭和环境危机。因此，利用太阳能实现清洁能源制备与温室气体转化成为解决当前能源危机与环境问题的关键技术之一。双原子催化剂是最小的团簇，双原子催化剂的开发与利用既可以提高金属中心的利用率，又可以发挥金属原子间的协同作用提高催化效率。在双原子催化剂中，由于同核或异核原子的引入促使双原子催化剂中相邻的活性位点之间的协同效应能够显著提高其催化活性且具备良好的催化选择性，在能源转化中承担着非常重要的角色。但双原子催化剂的精准与简易合成、特别是异核双原子催化剂的合成，仍然是一个巨大的挑战。

目前双原子催化剂合成方法单一，主要以两种金属盐与载体前驱体混合，高温热解此类混合物通过多次尝试获得双原子催化剂。此类方法具有不确定性，无法精确控制金属位置以及金属与金属间的相互作用。基于以上情况，本发明提供一种基于g-C₃N₄为载体的异核双原子催化剂的简易制备方法，在光催化反应中成功将水还原为氢气，同时实现乳酸光氧化制备有机化学品，极大的提高了太阳能利用率。

经检索，发现两篇技术方案与本案相关的专利文献，其中公开号为CN101512003A的中国专利提供了一种用于光催化制H₂的复合材料，其包含：1)聚合物凝胶；2)光催化剂；和3)基于蛋白质的H₂催化剂。本发明还涉及制氢方法，其包含使用电子给体与包含1)聚合物凝胶，2)光催化剂，和3)基于蛋白质的H₂催化剂的复合材料发生反应。

该方案所用到的金属以及催化剂结构与本案存在较为明显的区别，同时应用效果也存在明显差异。

另一篇公开号为CN110648854A公开了一种硼氮共掺杂碳/锰氧化物复合纳米片材料、制备方法及其在电容去离子或电化学储能器件的电极材料中的应用。所述制备方法为：在壳聚糖水凝胶中加入硼酸混合均匀冻干，将混合物碳化后，得到硼氮共掺杂碳纳米片；将硼氮共掺杂碳纳米片在高锰酸钾溶液中反应，得到硼氮共掺杂碳/锰氧化物复合纳米片材料。所述硼氮共掺杂碳/锰氧化物复合纳米片材料为相互连接的三维片状结构。本发明提供的制备方法简单易行，反应条件温和，碳纳米片为三维相互连接，制备出的碳/锰氧化合物复合纳米片材料富氮硼且为介孔主导的多孔结构，该复合纳米片材料在制备电容去离子，超级电容器电极以及催化剂载体领域表现出良好的前途。

该方案虽然也是提供了一种复合纳米片材料，但复合物以金属氧化物及碳为主，材料结构、应用客体以及技术效果都存在较为明显的差异。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，提供一种双原子团簇光催化剂的简易制备方法。该双原子团簇光催化剂在乳酸和水的反应体系中可实现光催化水分解制备氢气，同时也可实现光氧化乳酸为丙酮酸。

本发明的异核双原子团簇光催化剂包括如下步骤制备方法：