本发明涉及过渡金属催化剂领域,具体涉及一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法。
背景技术:
1、在催化生物质和有机小分子氧化生成高附加值化学品的研究报道中,非贵金属催化剂凭借储量丰富、成本低廉、提升空间大以及性质多样化等优点受到越来越多研究者的关注。通过选择合适的非贵金属元素进行杂化,同时优化制备条件、改变形貌结构、调控活性组分以及优化电子结构等策略能够使非贵金属催化剂达到贵金属催化剂的性质。因此,在催化生物质和有机小分子氧化反应中,非贵金属催化剂极具大规模化应用的潜力。
2、过渡金属ni由于在地壳中含量丰富,成本低廉,同时与pt和pd均位于元素周期表中的第ⅷ族,被公认为是最具潜力的过渡金属催化剂之一。目前,过渡金属ni在催化以甘油为代表的有机分子和生物质氧化反应中表现出可观的活性,但单一过渡金属ni的稳定性和选择性不够理想,难以比肩贵金属催化剂。基于此,在ni基材料中引入具有选择性氧化效果的bi,制备出nio-bo-boc/nf纳米片花状异质结催化剂。但是现有技术中的nio-bo-boc/nf纳米片花状结构的催化剂在制备过程中,bo-boc异质结中α-bo、β-bo和boc晶相的组分难以实现有效调控,形成该结构催化剂的应用限制。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,以解决实现bo-boc异质结中α-bo、β-bo和boc晶相的组分的可选择性调控。
2、为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,包括如下步骤:
3、步骤1:将bi(no3)3·5h2o溶解在乙二醇和去离子水混合溶液中,加入泡沫镍;
4、步骤2:将步骤1的混合体系进行水热反应,得到含有bi2o2co3(boc)和bi2o3(bo)的前驱体;
5、步骤3:将步骤2生成的前驱体进行退火处理。
6、优选的,作为一种改进,步骤1中,乙二醇与水的体积比为1:0~4。
7、优选的,作为一种改进,步骤2中,水热反应温度为100~250℃,水热反应时间为1~48h。
8、优选的,作为一种改进,步骤2中,水热反应在密封条件下进行。
9、优选的,作为一种改进,步骤3中,退火温度为200~400℃,退火时间为0.5~10h。
10、优选的,作为一种改进,步骤3中,退火氛围为空气。
11、优选的,作为一种改进,步骤2中,水热反应温度为180~250℃,水热反应时间为12~48h。
12、优选的,作为一种改进,步骤3中,退火温度为250~350℃,退火时间为1~5h。
13、本方案的原理及优点是:实际应用时,本技术方案中,考虑到纳米片花状结构可显著增大活性比表面积,暴露出更多活性位点,同时bo-boc异质结有效地加速界面处的电荷流动,并优化催化剂表面电子分布,从而调控活性中间体的吸收/脱附能力的优势,通过精确控制制备条件,在不额外提供镍源,仅使用泡沫镍作为基底的同时提供镍源,发生原位氧化还原反应,形成含有镍和铋的双金属nio-bo-bocnf异质结催化剂,调控bo-boc异质结中α-bo、β-bo和boc晶相的组分,可以实现产物选择性调控,进而形成一种纳米片花状结构的催化剂。该催化剂可显著增大比表面积,暴露更多nio与β-bo活性位,同时构筑bo-boc异质结将优化表面电子结构和中间体吸附/脱附能力,以甘油氧化为例,可以显著提高电催化甘油氧化活性和氧化产物甲酸的选择性。
14、本技术方案的有益效果在于:
15、1、本方案中步骤1的乙二醇不仅作为bi(no3)3·5h2o的溶解溶剂,防止硝酸铋发生水解反应形成沉淀,而且作为碳源,使bi源有效生成boc组分,而boc的纳米片结构为目标催化剂优异的甘油氧化性能提供了基础。
16、2、本方案中步骤1提供的泡沫镍除了作为基底支撑催化剂生长外,同时还作为镍源,在泡沫镍表面原位生成nio纳米片,与boc复合形成纳米片花状结构的催化剂前驱体。
17、3、本方案中步骤2生成的bo-boc,可利用界面效应将有效加速电荷转移,并优化催化剂表面电子分布,从而调控活性中间体的吸收/脱附能力,进一步提高电催化甘油氧化性能。
18、4、本方案中步骤3通过精准控制退火温度和退火时间,可以实现α-bo、β-bo和boc晶相的组分和结晶度控制,其中β-bo在电催化甘油氧化过程中更具优势,证明了nio-bo-boc/nf催化剂中不同晶相与甘油氧化活性之间的构效关系。
1.一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤1中,乙二醇与水的体积比为1:0~4。
3.根据权利要求2所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤2中,水热反应温度为100~250℃,水热反应时间为1~48h。
4.根据权利要求3所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤2中,水热反应在密封条件下进行。
5.根据权利要求4所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤3中,退火温度为200~400℃,退火时间为0.5~10h。
6.根据权利要求5所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤3中,退火氛围为空气。
7.根据权利要求6所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤2中,水热反应温度为180~250℃,水热反应时间为12~48h。
8.根据权利要求7所述的一种nio-bo-boc/nf异质结催化剂的制备方法,其特征在于:步骤3中,退火温度为250~350℃,退火时间为1~5h。