[发明专利]MFe-PBA前驱体、光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种MFe‑PBA前驱体的制备方法，包括：1)将铁氰化钾溶于水中，获得溶液A；2)将过渡金属盐溶于水中，获得溶液B；所述过渡金属盐选自锰、铜、镍、钴或锌的可溶性盐；优选为卤盐、硝酸盐或硫酸盐；3)将溶液A与溶液B混合，于40‑80℃油浴中搅拌4‑8h至反应完全；4)离心并干燥沉淀物即得MFe‑PBA前驱体。本发明还提供了基于上述MFe‑PBA前驱体制备的光催化剂及其应用。

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化领域，涉及MFe-PBA前驱体、光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在当前已经能够通过电解水、光伏发电等实现工业化制备H₂的情况下，光催化CO₂加氢生成燃料和其他有用的化学产品是有一种非常有潜力的方案，不仅能够减少了人们对化石燃料的依赖，也能够缓解了全球变暖、海平面上升、海洋酸化和气候变化等自然问题。另外，这种催化技术可以利用自然界可再生、可持续的太阳光来驱动CO₂加氢反应，更符合可持续发展的要求。一般情况下，CO₂加氢的产物分为CO、CH₄、甲醇、乙醇、两个碳以上的碳氢化合物(C₂₊)等。相对而言，C₂₊这种产品在储能方面更有价值。目前，利用光催化CO₂加氢制备C₂₊是缓解能源短缺和温室效应的有效途径。

为了得到具有更高利用价值的化学物质，研究者们做了很多的探索，根据材料的特性，采用不同的实验方案制备不同的催化剂或者通过控制CO₂加氢的条件来达到这一目的。例如，有些催化材料通常先将基底材料合成，再使用负载的方式引入Au、Pd、Rh、Pt等贵金属以及In₂O₃等，能够有效地提高CO₂加氢活性或优化对高价值化学品产物的选择性，但是，原料价格昂贵，成本较高，不符合经济效益，同时，在催化CO₂加氢反应时也仅能生成CO、CH₄、CH₃OH这样的C₁产物；有些催化材料是通过水热合成法制备的一系列的氧化铟(In₂O₃)光催化剂，也会以In₂O₃为基底复合或负载一些半导体材料，以实现活性的提高和产物的转变。总之，大多数光催化材料通常需要在繁琐苛刻的工艺流程下进行，或者通过辅以高温高压的实验条件来得到C₂₊产物，这些都极大地阻碍了其实现工业化的进程，不具备大规模工业化的潜力，同时，这些光催化剂难以形成紧密接触的金属与氧化物界面，限制了电荷传输效率，不利于催化反应。因此，进一步寻找一种光催化剂为C₂₊的工业化生产提供前期的试验和技术支持成了当前亟待解决的问题之一。

基于过渡金属的材料以廉价的价格和良好的光催化CO₂加氢性能引起了研究者们的注意，而类普鲁士蓝(PBA)是常见的一种利用过渡金属合成的材料，具有极大的作为光催化CO₂加氢材料的潜能。经调查，PBA及其衍生物已被广泛应用于很多领域，如：专利号为CN110327899B的发明，将磁性PBA材料用于吸附土壤中放射性的铯离子，且对放射性铯离子的吸附效率非常高，可以有效地净化土壤；专利号为CN113106559A的发明，将PBA处理得到PBA衍生物复合材料，应用于锂离子电池负极材料，具有优异的循环性能和可逆比容量；在公开号为CN109437338B的中国发明专利中，将PBA用氨水进行刻蚀并对其进行烧结处理，可以有效地催化双酚A的降解。然而，有关PBA应用于光催化CO₂加氢的发明未见报道。本发明则利用过渡金属的特性，制备出PBA衍生物，并在光催化CO₂加氢实验中取得了一定的进展，发现PBA衍生物催化剂具备良好的CO₂转化率和C₂₊选择性，同时保持了较好的稳定性，具有工业化的潜力。

发明内容