[发明专利]Co/CN-H纳米材料、制备方法及其在可见光催化上的应用

说明书

本发明公开了一种Co/CN‑H纳米材料、制备方法及其在可见光催化上的应用，属于纳米材料的制备领域。本发明通过将脒基脲粉末溶解在水中，然后缓慢滴加硝酸钴溶液，将其反应液冷冻干燥，得到脒基脲和硝酸钴的络合物粉末；将脒基脲和硝酸钴的络合物粉末在惰性气氛中高温煅烧得到所述的Co/CN‑H纳米材料。本发明制备的纳米复合物中钴为原子掺杂；所述制备方法简单，所用金属量少，没有还原剂的参与；制得的Co/CN‑H纳米材料在可见光条件下具有优异的固氮性能。

技术领域

本发明涉及一种Co/CN-H纳米材料、制备方法及其在可见光催化上的应用，属于纳米材料的制备领域。

背景技术

光催化是解决目前人类所面临的严峻的环境、能源问题的一个重要的手段。传统的光催化主要是利用仅占太阳光谱能量的5%的紫外光催化上，而可见光却占据太阳光谱能量的42 %，因此可见光催化技术是解决太阳光能量的利用率问题的关键。氨是生物用来构建蛋白质，核酸以及一些生物大分子的重要来源，所以合成氨气是世界上最重要的反应之一。目前主要通过两个途径获得氨：一是自然界的固氮菌生物固氮，所得到的氨难以从植物提取分离；二是Haber-Bosch法工业合成氨，合成过程中需要高温高压环境。因此，长期以来，如何在较温和的条件下实现固氮成为了许多研究学者追求的目标。

近年来，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其独特的物理、化学性质，已经引起了众多研究学者的青睐。g-C₃N₄的独特的电子结构使其有望成为光催化固氮的催化剂，如何提高g-C₃N₄的光催化固氮性能上是目前研究的热点之一。Guohui Dong, Wingkei Ho等利用高温加热来制造g-C₃N₄的氮空位，利用氮空位来捕获、活化氮气，从而将氮气转换成NH₄⁺达到可见光催化固氮的目的[Dong G, Ho W, Wang C. Selective photocatalytic N₂ fixationdependent on g-C₃N₄ induced by nitrogen vacancies[J]. Journal of MaterialsChemistry A, 2015, 3(46): 23435-23441]。Leilei Zhang等人利用钴与邻菲咯啉配合物形成Co-N键来制备Co-N-C/CMK催化剂，并且应用在不饱和酮的制备上[Zhang L, Wang A,Wang W, et al. Co-N-C catalyst for C-C coupling reactions: on the catalyticperformance and active sites[J]. ACS Catalysis, 2015, 5(11): 6563-6572.]。通过此方法制备的原子钴掺杂，制备方法复杂，并且不具有光催化活性。因此寻求一种清洁、简单的方法合成光催化剂，并且将其用来可见光催化固氮还是有很大的研究意义的。

发明内容

本发明目的是为了提供一种Co/CN-H纳米材料在可见光催化固氮上的应用。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种Co/CN-H纳米材料及其制备方法，通过以下步骤制备：

1）将脒基脲粉末溶解在水中，然后缓慢地滴加硝酸钴溶液，将其反应液冷冻干燥，得到脒基脲和硝酸钴的络合物粉末；

2）将脒基脲和硝酸钴的络合物粉末在氮气气氛中高温煅烧得到Co/CN-H纳米材料。

进一步的，钴与脒基脲粉末的质量比0.5~2:2mg/g，优选质量比1:2mg/g。

进一步的，高温煅烧温度为550±10℃，煅烧时间为2~4h，高温煅烧的气氛是氮气。