一种MoO2/Mo2N复合材料及其制备方法和应用

本发明属于光催化剂材料，具体涉及一种moo2/mo2n复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自工业革命以来，传统化石能源逐渐渗透并支撑起现代社会的发展。然而，大量化石能源燃烧所带来的能源短缺和环境污染问题日益突出。一方面需大力开发风能、太阳能等绿色可再生能源，另一方面则要对生产生活中所排放的co2进行捕获、转化和再利用。然而co2分子在热力学上十分稳定，c＝o键的键能高达750kj/mol，使用传统热催化对其进行转化的经济效益并不理想。光驱动co2转化是一种利用太阳能将温室气体转化为燃料或者高值化学品的有效途径，该过程可以使反应在更为温和的条件下进行，对于进一步向低碳能源转型具有重要意义。

2、光驱动co2转化技术的实现依赖于高效光催化剂的设计和开发。传统光催化剂多为tio2、cu2o、zno等过渡金属氧化物半导体，该类催化剂中氧空位的存在有助于co2的吸附活化。然而常规过渡金属氧化物对太阳光中占比大的红外光吸收利用能力十分有限，因此该类催化剂通常需要负载au、pd、pt等具有等离激元效应的贵金属助催化剂，以提升催化剂的光利用率和催化活性，这就导致了催化剂合成工艺复杂，难以批量化生产，并且生产成本较高，经济效益并不理想，从而限制了光催化co2转化技术应用的发展。

3、过渡金属氮化物的能带结构和贵金属类似，具有较高的电导率和较窄的带隙，有利于载流子的高效传输和光能的吸收，由于其表现出了取代贵金属催化剂的潜力，近年来在光驱动co2转化领域中受到广泛关注。早期的过渡金属氮化物光催化剂的合成方法主要是利用金属及其氧化物作为前驱体，在高温下进行氮化或氨化，冷却后再使用光沉积、电沉积或者浸渍法对其表面进行修饰，或将过渡金属氮化物负载到其他载体上以提高催化剂活性，例如au/cu3n(acs appl.nano mater.2019,2,5009)、cr0.5ti0.5n/cds(j.mater.chem.a2020,8,15774)、mo2n/g-c3n4(appl.catal.b-environ.2018,238,318-327)等。该类方法存在合成条件苛刻、合成路径复杂等问题，限制了过渡金属催化剂的进一步发展。

4、因此，急需开发一种简便、低成本、可批量合成的高性能过渡金属氮化物催化剂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种moo2/mo2n复合材料及其制备方法和应用，本发明从新型光催化剂的开发入手，探索便捷、低成本、可批量合成的催化剂制备策略，开发高效率、低成本、高选择性和高稳定性的新型co2光催化转换体系和技术，以推动光催化co2转化实际应用的发展。

2、本发明的技术方案为：

3、本发明涉及一种moo2/mo2n复合材料的制备方法，将moo3前驱体放置于敞口容器中，将敞口容器置于氨气气氛下煅烧处理，得到moo2/mo2n复合材料。

4、前驱体可以是任意moo3，性能有差别，本发明优选纳米材料，moo3前驱体为具有纳米级内部结构或表面结构的材料。

5、优选地，moo3前驱体为moo3纳米片和/或moo3纳米线。

6、优选地，moo3前驱体为moo3纳米片，moo3纳米片的制备方法为：将金属mo粉溶于乙醇和h2o2混合溶液中，于150-200℃下反应10-24h，产物清洗干燥后，即得到具有纳米片形貌的moo3前驱体。

7、优选地，金属mo粉与乙醇和h2o2混合溶液的质量体积比为200-1000mg/30-150ml。

8、优选地，氨气气氛下煅烧处理条件为：先以5-10℃/min升温速率升温至250-400℃，保温10min；再以1-10℃/min升温速率升温至400-700℃，煅烧1-8h。

9、优选地，氨气流量为10-100ml/min。

10、优选地，所述敞口容器为氧化铝或石英耐高温容器，用于盛放moo3前驱体，前驱体质量为0.1-200g。

11、本发明还涉及一种moo2/mo2n复合材料，采用上述制备方法制得，moo2/mo2n复合材料具有moo2和mo2n混合相。

12、本发明还涉及上述moo2/mo2n复合材料在光催化co2还原中的应用。

13、本发明还涉及一种光催化co2还原方法，将上述moo2/mo2n复合材料置于带有石英视窗的反应器中，其中石英视窗用于光线引入，通入co2/h2o或co2/h2混合反应物，在光照条件下将co2还原，还原产物为ch4、co、ch3oh等。

14、本发明的有益效果是：

15、(1)本发明提供moo2/mo2n复合材料的制备方法，以moo3为前驱体，通过氨化法得到moo2/mo2n复合材料，该moo2/mo2n复合材料具有介孔结构(孔径2-50nm)，以mo2n为主体，moo2纳米颗粒均匀分布在mo2n中；整个制备过程工艺简单、条件可控、成本低，可实现材料的大批量合成，并且合成的材料具有粒径小、比表面积大、均匀性好的特点。

16、(2)本发明制备的moo2/mo2n复合材料具有等离激元效应，有极强的光吸收能力，表现出类贵金属性质；并且在材料中，moo2相中具有丰富的氧空位，有助于co2的活化，mo2n也能提供丰富的活性位点，应用于流动相光催化co2还原时具有较高的活性和稳定性，贴合工业生产应用场景，具有实际应用的潜力。

技术特征：

1.一种moo2/mo2n复合材料的制备方法，其特征在于，将moo3前驱体放置于敞口容器中，将敞口容器置于氨气气氛下煅烧处理，得到moo2/mo2n复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，moo3前驱体为具有纳米级内部结构或表面结构的材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，moo3前驱体为moo3纳米片和/或moo3纳米线。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，moo3前驱体为moo3纳米片，moo3纳米片的制备方法为：将金属mo粉溶于乙醇和h2o2混合溶液中，于150-200℃下反应10-24h，产物清洗干燥后，即得到具有纳米片形貌的moo3前驱体。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，氨气气氛下煅烧处理条件为：先以5-10℃/min升温速率升温至250-400℃，保温10min；再以1-10℃/min升温速率升温至400-700℃，煅烧1-8h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，氨气流量为10-100ml/min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述敞口容器为氧化铝或石英耐高温容器。

8.一种moo2/mo2n复合材料，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，moo2/mo2n复合材料具有moo2和mo2n混合相。

9.权利要求8所述的moo2/mo2n复合材料在光催化co2还原中的应用。

10.一种光催化co2还原方法，其特征在于，将权利要求8所述的moo2/mo2n复合材料置于带有石英视窗的反应器中，通入co2/h2o或co2/h2混合反应物，在光照条件下将co2还原。

技术总结
本发明公开了一种MoO<subgt;2</subgt;/Mo<subgt;2</subgt;N复合材料及其制备方法和应用，MoO<subgt;2</subgt;/Mo<subgt;2</subgt;N复合材料具有MoO<subgt;2</subgt;和Mo<subgt;2</subgt;N混合相，其制备方法为：将MoO<subgt;3</subgt;前驱体放置于敞口容器中，将敞口容器置于氨气气氛下煅烧处理，得到MoO<subgt;2</subgt;/Mo<subgt;2</subgt;N复合材料，该MoO<subgt;2</subgt;/Mo<subgt;2</subgt;N复合材料可应用于光催化CO<subgt;2</subgt;还原反应，即将复合材料置于带有石英视窗的反应器中，通入CO<subgt;2</subgt;/H<subgt;2</subgt;O或CO<subgt;2</subgt;/H<subgt;2</subgt;混合反应物，在光照条件下将CO<subgt;2</subgt;还原。本发明解决了现有方法中材料合成工艺复杂、成本高的问题，将所合成的MoO<subgt;2</subgt;/Mo<subgt;2</subgt;N复合材料应用于光催化CO<subgt;2</subgt;还原，具有良好的反应活性和稳定性。

技术研发人员：刘东,万雪颖,刘迎澳
受保护的技术使用者：中国科学技术大学苏州高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3