[发明专利]一种碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法及应用，属于光催化材料技术领域；通过称取酸性添加剂与钛源，水热合成二氧化钛纳米片，其中二氧化钛纳米片尺寸为10‑40nm；然后将二氧化钛纳米片用极性溶剂洗涤，做离心作业后烘干，得到二氧化钛粉末；再将二氧化钛粉末放入碱土金属氯化盐、硝酸钾和乙二醇的混合溶液中搅拌溶解，将混合液进行光催化，得到负载在二氧化钛表面的碱土金属氧化物亚纳米团簇，团簇尺寸为0.4‑1.0nm；且本发明所得到的碱土金属亚纳米团簇具有极好的光催化合成氨性能，操作简便易于实施，绿色环保，适合推广使用。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法及应用。

背景技术

团簇是由几个至几千个原子、分子、离子通过物理和化学结合力组成的相对稳定聚合体，通常认为粒径小于2.0nm的粒子被称为纳米团簇，核心尺寸小于1.0nm的微小粒子被定义为亚纳米团簇。纳米团簇是关联宏观金属颗粒与金属单原子微观结构的理想研究模型。

近年来，硝酸盐还原合成氨作为一种低能耗合成氨技术，逐渐得到关注，太阳光驱动的光催化技术作为一种温和、绿色的新型催化技术在温和合成氨方面具有巨大的应用潜力。目前阶段，金属团簇的制备条件苛刻，多需要配体保护，并且研究人员多关注于贵金属纳米团簇的制备与调控，然而由于贵金属的加工制备成本较高且贵金属在自然界的含量较低，会对纳米团簇的制备产生局限性。而碱土金属(镁、钙、锶、钡等)在自然界的含量丰富且价格低廉，因此亟需寻找一种简单易操作的碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法来对贵金属纳米团簇进行替代。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法及应用，其解决了现有技术中金属团簇制备条件复杂且贵金属的成本较高会对纳米团簇的制备产生局限性的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种碱土金属氧化物亚纳米团簇的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取酸性添加剂与钛源，水热合成二氧化钛纳米片，其中二氧化钛纳米片尺寸为10-40nm；

S2：将二氧化钛纳米片用极性溶剂洗涤，离心后烘干，得到二氧化钛粉末；

S3：将二氧化钛粉末放入碱土金属氯化盐、硝酸钾和乙二醇的混合溶液中搅拌，将混合液进行光催化，得到负载在二氧化钛表面的碱土金属氧化物亚纳米团簇，团簇尺寸为0.4-1.0nm。

进一步的，S1的酸性添加剂为氢氟酸；钛源为太酸四丁酯；所述酸性添加剂与钛源的摩尔比为3.5:20。

进一步的，S1中需要先将酸性添加剂与钛源进行搅拌，搅拌时间为15-30min，搅拌速度为600-800rpm；再进行水热，其中水热反应时间为12-24h，水热温度为160-200℃。

进一步的，极性溶剂包括：乙醇、氢氧化钠与水；然后依次使用乙醇、氢氧化钠与水将二氧化钛纳米片清洗至中性。

进一步的，S2中的烘干为：选用烘箱，温度为45-60℃。

进一步的，S3中碱土金属氯化盐包括：氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡其中的任意一种，记为XO_NCs-TNS(X＝Mg,Ga,Sr,Ba)，所述碱土金属氯化盐浓度为200mg/L。

进一步的，S3中光催化为使用300W的氙灯，光照时间为1-3h。

作为本发明的一种优选方案，采用上述任意一种制备方法制得碱土金属氧化物亚纳米团簇。

作为本发明的一种优选方案，一种碱土金属氧化物亚纳米团簇在光催化硝酸根还原合成氨中的应用。

有益效果：