[发明专利]Au-In二元纳米助催化剂负载III族氮化物的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及生物质太阳能炼化技术领域，尤其涉及一种Au‑In二元纳米助催化剂负载III族氮化物的制备方法及其应用，包括通过光沉积方法在外延III族氮化物上负载Au基二元纳米颗粒，具体步骤包括，将Si片上外延生长的III族氮化物置于反应器中，加入有机醇/酸的水溶液、Au‑In二元催化剂的前驱体，进行光沉积照明，制得Au‑In二元纳米颗粒修饰的III族氮化物太阳能炼化器件。本发明的有益之处在于：外延III族氮化物具有均匀规整具有巨大比表面积的纳米结构，确保了反应体系的高活性和高稳定性。使用上述方法制备的太阳能炼化器件，避免了高温加压的实验条件，且大大提高了生物质产合成气的速率，同时，合成气比例宽泛可调，可满足不同下游产物化工炼制过程的需求。

【技术领域】

本发明涉及生物质太阳能炼化技术领域，尤其涉及一种Au-In二元纳米助催化剂负载III族氮化物的制备方法及其应用。

【背景技术】

合成气是许多化学工业品和合成燃料的重要原材料。将丰富和可再生的生物质资源转化为合成气是解决化石能源危机的替代方案之一，这通常需要在高温加压下进行。利用太阳能进行生物质转化不仅可以在温和的情况下发生，而且可以通过利用取之不尽的太阳能以降低体系的成本能耗，这使得光催化生物质转化成为了一种产生合成气的理想方案。甘油是工业上大规模生产生物柴油的主要副产品（超过10 wt.%），它的生产规模超过了市场需求。利用太阳能光催化甘油产合成气，可以缓解甘油生产的积压并产生高价值的合成气。大多数研究者实现了光催化甘油产氢气的转化，速率低且会排放由于过度氧化所产生的CO₂，使碳元素并不能很好地被利用。

目前，现有研究构建了Cu-TNR和[SO₄]/CdS两个体系，都实现了光催化甘油产合成气的路线。然而，两种体系都在引入添加剂的情况下，合成气产率仅达到0.1-1.4 mmol g^-1h^-1。III族氮化物是第三代半导体材料的典型代表，具有宽泛可调的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率，以及独特的表面性质等特性，在光催化领域具有巨大的潜力。然而，目前大多数制得的III族金属氮化物都是薄膜结构，比表面积小。构建具有更大比表面积纳米结构的III族金属氮化物体系，有望实现在不引入添加剂的情况下高效光催化甘油产合成气。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种Au-In二元纳米助催化剂负载III族氮化物的制备方法及其应用，通过光沉积法在III族金属氮化物上负载AuIn纳米颗粒（AuIn NPs），能够实现光催化甘油制氢的同时，将碳元素利用起来，产出合成气，实现更高的价值；通过分子束外延法（MBE）生长的III族金属氮化物纳米棒（III族金属氮化物 NWs）比表面积大，能为催化反应提供更多的活性位点。同时，AuIn NPs能够与III族氮化物NWs具有独特的表面协同作用，催化活化甘油分子，高效生产合成气。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种Au-In二元纳米助催化剂负载III族氮化物的制备方法，其特征在于：通过光沉积法在III族金属氮化物上负载AuIn纳米颗粒，具体步骤包括，

将III族金属氮化物置于反应器中，分别加入甘油水溶液和AuIn前驱体，在惰性气体氛围的真空状态下，用光源组件作为光沉积光源，进行照明后，制得AuIn纳米颗粒负载III族金属氮化物光催化剂。

作为本发明的进一步改进，所述AuIn前驱体包括H₂AuCl₄和InCl₃中得任意一种或两种的混合。

作为本发明的进一步改进，所述光源组件包括高压汞灯、黑灯管和氙灯中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述照明时间为0.5小时～1小时。

作为本发明的进一步改进，所述III族金属氮化物以硅晶片为衬底，通过分子束外延法，经过生长，制得III族金属氮化物 NWs/Si光催化剂。