CN114797835B - 一种ZnO/ZnCr2O4异质结光催化剂的制备方法及其光催化合成氨应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：将锌盐、铬盐和水混匀得溶液A；提供碱性水溶液，记为溶液B；将溶液A与溶液B同时加入纯水中，混匀后得溶液C；所述溶液C经晶化、洗涤、干燥，得水滑石纳米片；将所述水滑石纳米片进行煅烧，得所述ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂。本发明还提供了上述制备方法制得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂及在光催化合成氨中的应用。本发明通过拓扑转变制得ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，有效提高光催化剂的光生载流子传输效率，从而提升光催化合成氨性能。本发明制得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂在光催化合成氨的反应中体现出优异光催化性能。

Description

一种ZnO/ZnCr2O4异质结光催化剂的制备方法及其光催化合成 氨应用

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域。更具体地，涉及一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法及其光催化合成氨应用。

背景技术

氨(NH₃)是最重要的无机化学品之一，其不仅是农业化肥和炸药的重要成分，还在构建生物蛋白质、核酸等许多生命所必需的大分子中起着关键作用。与此同时，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。虽然氮气是地球大气中占比最大的气体成分，体积约为78％，但由于顽固的氮氮三键，氮气活化和应用始终面临着严峻挑战。天然固氮过程是依靠细菌固氮酶的生物固氮过程，或者是在大气中借助闪电完成的固氮过程。1913年，工业合成氨通过Haber-Bosch工艺，将氮气与氢气催化还原为氨成功引起了人们的关注。然而工业固氮每年消耗世界天然气的3-5％，世界电能的1-2％，并且大量排放二氧化碳，严重阻碍了氨合成的发展。因此，寻找一种可再生和可持续的氨合成途径已成为一项具有挑战性的工作。

利用取之不尽、环境友好的太阳能作为反应过程的驱动力进行固氮是一种前景广阔的合成途径。然而，当前光固氮的转化效率远不能满足实际的工业化需求。其中一个内在原因是光激发载流子迁移效率低，寿命短，在光催化过程中极易复合，从而降低光固氮的生成效率。构造半导体异质结被认为是一种改善光生电子空穴传输的有效途径，但如何通过简易的方法制备用于光固氮的异质结光催化仍旧是一项需要探索的工作。

ZnO作为一种禁带宽度为3.3eV的半导体光催化剂，凭借其荧光性、吸收和散射紫外线等特点，在光催化领域得到广泛应用。ZnCr₂O₄作为一种尖晶石类光催化剂，禁带宽度为3.4eV左右，同样表现出良好的光催化性能。其与ZnO构成的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂已经在光催化污染物降解领域被多次报道，然而，目前仍未有相关文献报道提供一种新的制备方法制备得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂并拓展其用途。

发明内容

基于此，本发明的第一个目的在于提供一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法。该方法中，首次通过水滑石原位衍生制备得到该异质结光催化剂，通过该方法得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂尤其适用于光催化合成氨的反应中。

本发明的第二个目的在于提供一种如上第一个目的提供的制备方法制备得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂。

本发明的第三个目的在于提供如上第二个目的所述的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将锌盐、铬盐和水混匀得溶液A；

提供碱性水溶液，记为溶液B；

将溶液A与溶液B同时加入纯水中，混匀后得溶液C；

所述溶液C经晶化、洗涤、干燥，得水滑石纳米片；

将所述水滑石纳米片进行煅烧，得所述ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂。

本发明以水滑石纳米片作为前驱体原位衍生制备ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，从而令ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂相互作用更强，光生载流子的传输效率更高。

进一步地，所述碱性水溶液中，碱性物质包含氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种。

进一步地，所述纯水C的用量为15-25mL。

进一步地，所述晶化的温度为60-80℃，时间为12-18小时。

进一步地，为了提供晶体生长的适宜环境，本发明中所述晶化采用油浴进行；洗涤和干燥优选在鼓风干燥箱中进行。

进一步地，所述煅烧的气氛为空气；所述煅烧的温度为300-600℃，时间为2-4小时。通过控制煅烧条件，可以制备得到活性更高的该催化剂，以催化合成氨。

进一步地，所述干燥的温度为60-80℃，时间为12-24小时。

进一步地，所述溶液A中，锌盐的浓度为0.9375-2.5mol·L^-1，铬盐的浓度为0.625-1.25mol·L^-1。通过控制溶液A中锌和铬的添加量比例，可以制备得到活性更高的该催化剂，以催化合成氨。最优选地，所述溶液A中，锌盐的浓度为1.25mol·L^-1，铬盐的浓度为0.625mol·L^-1。

进一步地，所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌等中的一种。

进一步地，所述铬盐选自氯化铬、硫酸铬等中的一种。

进一步地，所述碱性溶液B的pH维持在10-14。

为达到上述第二个目的，本发明提供如上第一个目的所述的制备方法制备得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂。

为达到上述第三个目的，本发明提供如上第二个目的所述的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂在光催化合成氨中的应用。

进一步地，所述光催化合成氨为光催化氮气与水反应合成氨。

进一步地，所述应用包括如下步骤：

在可透光的反应装置中将ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂和超纯水混合得到混合溶液，在避光条件下通高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照10分钟-1小时。

进一步地，所述混合溶液中，ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的浓度为0.33-0.5g·L^-1。

进一步地，所述避光通高纯氮气的时长为0.5-1小时。

进一步地，所述超纯水为室温25℃电阻率达到18MΩ*cm的水。

进一步地，所述高纯氮气为体积分数不低于99.999vol％的氮气。

进一步地，在全光谱光照之后还包括，将全光谱光照后的反应溶液离心，用离子色谱检测氨含量。

如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

本发明中制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得或根据现有技术制得，所述百分比如无特殊说明，均为质量百分比。

本发明的有益效果如下：

不同的制备方法制备得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的催化性能存在不同，本发明中，首次采用了水滑石原位衍生、拓扑转变制备得到ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，有效提高光催化剂的光生载流子传输效率，从而提升光催化合成氨性能，使得制备得到的该催化剂可很好的应用于催化合成氨。

本发明的制备方法中，通过制备得到ZnCr-水滑石纳米片，并将其作为前驱体，通过煅烧，一步法原位衍生制备ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，使得异质结中两种半导体成分充分接触，相互作用增强，从而更有利于光生载流子的传输。

本发明的制备方法制备得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备成本低廉，制备简便，工艺简单，易于大规模生产，且首次将ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂用于光催化合成氨反应，且获得了优异的性能。

现有技术中从氢气和氮气制备氨的主要路径为用贵金属Ru和Fe氧化物催化剂，且在高温高压体系中进行；与现有技术相比，本发明采用光驱动合成氨反应，不仅比现有技术体系更环保节能，且首次通过水滑石作为前驱体原位衍生制备ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂并应用于光催化合成氨反应。本发明有望在工业上放大并做实际应用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1-4所获得的产物的XRD谱图。

图2示出本发明实施例1-4所获得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂在相同反应条件下光催化合成氨反应性能图。

图3示出本发明对比例1-2以及实施例2所获得的产物的XRD谱图。

图4示出本发明对比例1-4以及实施例2所获得的光催化剂在相同反应条件下光催化合成氨反应性能图。

图5示出本发明对比例6以及实施例1所获得的前驱体水滑石纳米片的XRD谱图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.0375mol六水合氯化锌和0.025mol九水合氯化铬溶解于40mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

2)配制混合碱溶液：将0.12mol氢氧化钠和0.1mol碳酸钠溶解于80mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

3)将步骤1)和步骤2)得到的均匀溶液，同时缓慢滴入20mL纯水中，混匀后得溶液C；

4)将溶液C进行油浴加热，60℃晶化18小时，得到产物，并将其命名为Zn_1.5Cr₁-LDH；

5)将步骤4)得到产物Zn_1.5Cr₁-LDH用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到前驱体Zn_1.5Cr₁-LDH；

6)将前驱体Zn_1.5Cr₁-LDH置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，并将其命名为Zn_1.5Cr₁-5。

本实施例所获得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的XRD谱图如图1所示，由图1中的曲线可知，在此条件下，合成的Zn_1.5Cr₁-5光催化剂形成明显的ZnO，其(101)，(100)，(002)和(311)晶面特征峰很明显。同时，ZnCr₂O₄的(111)和(220)晶面特征峰明显存在。

在可透光的反应装置中加入ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂10mg和30mL超纯水,即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本实施例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图2中所示，其催化合成氨性能达到13.6μmol·g^-1·h^-1。

实施例2

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.05mol六水合氯化锌和0.025mol九水合氯化铬溶解于40mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

2)配制混合碱溶液：将0.12mol氢氧化钠和0.1mol碳酸钠溶解于80mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

3)将步骤1)和步骤2)得到的均匀溶液，同时缓慢滴入20mL纯水中，混匀后得溶液C；

4)将溶液C进行油浴加热，60℃晶化18小时，得到产物，并将其命名为Zn₂Cr₁-LDH；

5)将步骤4)得到产物Zn₂Cr₁-LDH用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到前驱体Zn₂Cr₁-LDH；

6)将前驱体Zn₂Cr₁-LDH置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，并将其命名为Zn₂Cr₁-5。

本实施例所获得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的XRD谱图如图1所示，由图1中的曲线可知，在此条件下，合成的Zn₂Cr₁-5光催化剂形成明显的ZnO，其(101)，(100)，(002)和(311)晶面特征峰很明显。同时，ZnCr₂O₄的(111)和(220)晶面特征峰明显存在。

在可透光的反应装置中加入ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂10mg和30mL超纯水,即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本实施例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图2中所示，其催化合成氨性能达到31.5μmol·g^-1·h^-1。

实施例3

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.05mol六水合氯化锌和0.025mol九水合氯化铬溶解于40mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

2)配制混合碱溶液：将0.12mol氢氧化钠和0.1mol碳酸钠溶解于80mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

3)将步骤1)和步骤2)得到的均匀溶液，同时缓慢滴入20mL纯水中，混匀后得溶液C；

4)将溶液C进行油浴加热，60℃晶化18小时，得到产物，并将其命名为Zn₃Cr₁-LDH；

5)将步骤4)得到产物Zn₃Cr₁-LDH用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到前驱体Zn₃Cr₁-LDH；

6)将前驱体Zn₃Cr₁-LDH置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，并将其命名为Zn₃Cr₁-5。

本实施例所获得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的XRD谱图如图1所示，由图1中的曲线可知，在此条件下，合成的Zn₃Cr₁-5光催化剂形成明显的ZnO，其(101)，(100)，(002)和(311)晶面特征峰很明显。同时，ZnCr₂O₄的(111)和(220)晶面特征峰明显存在。

在可透光的反应装置中加入ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂10mg和30mL超纯水,即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本实施例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图2中所示，其催化合成氨性能达到11.5μmol·g^-1·h^-1。

实施例4

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.1mol六水合氯化锌和0.025mol九水合氯化铬溶解于40mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

2)配制混合碱溶液：将0.12mol氢氧化钠和0.1mol碳酸钠溶解于80mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

3)将步骤1)和步骤2)得到的均匀溶液，同时缓慢滴入20mL纯水中，混匀后得溶液C；

4)将溶液C进行油浴加热，60℃晶化18小时，得到产物，并将其命名为Zn₄Cr₁-LDH；

5)将步骤4)得到产物Zn₄Cr₁-LDH用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到前驱体Zn₄Cr₁-LDH；

6)将前驱体Zn₄Cr₁-LDH置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂，并将其命名为Zn₄Cr₁-5。

本实施例所获得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的XRD谱图如图1所示，由图1中的曲线可知，在此条件下，合成的Zn₄Cr₁-5光催化剂形成明显的ZnO，其(101)，(100)，(002)和(311)晶面特征峰很明显。同时，ZnCr₂O₄的(111)和(220)晶面特征峰明显存在。

在可透光的反应装置中加入ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂10mg和30mL超纯水,即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本实施例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图2中所示，其催化合成氨性能达到7.5μmol·g^-1·h^-1。

实施例5-7

ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，步骤同实施例2，不同之处仅在于改变前驱体Zn₂Cr₁-LDH的煅烧温度，具体如表1所示。将制得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂用于光催化合成氨，步骤同实施例2，结果如表1所示。

表1不同ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂催化合成氨得到的氨的产量

实施例编号	煅烧温度(℃)	氨产量(μmol·g-1·h-1)
			实施例5	300	13.6
实施例6	400	14.3
			实施例2	500	31.5
实施例7	600	14.5

由表1可知，在全光谱照射1小时下，氨的产量与前驱体煅烧温度有很大关系，在一定范围内，煅烧温度越高，得到的氨产量越高，当煅烧温度达到500℃时，其催化合成氨性能最优，且最高能达到31.5μmol·g^-1·h^-1；而当煅烧温度过高时，得到的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂性能下降，这主要是由于煅烧温度过高，ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的颗粒尺寸明显长大，导致界面含量减少，不利于光生电子空穴的传输，导致了催化性能的降低。

对比例1

一种ZnO光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.05mol六水合氯化锌和0.1mol氢氧化钠溶解于20mL水中，充分分散得到均匀溶液；

2)将步骤1)得到的均匀溶液，离心并用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到产物Zn(OH)₂；

3)将步骤2)得到的产物Zn(OH)₂，置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物ZnO光催化剂，并将其命名为ZnO。

本对比例所获得的ZnO光催化剂的XRD谱图如图3所示，由图3中的曲线可知，在此条件下，合成的ZnO，其(101)，(100)，(002)和(311)晶面特征峰很明显。

将上述制备得到的ZnO光催化剂用于光催化合成氨，包括如下步骤：

在可透光的反应装置中加入ZnO光催化剂10mg和30mL超纯水，即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本对比例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图4中所示，其催化合成氨性能达到2.5μmol·g^-1·h^-1。

对比例2

一种ZnCr₂O₄光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制混合金属前驱体溶液：将0.002mol六水合氯化锌和0.004mol九水合氯化铬以及1.111g聚乙烯吡咯烷酮，简称PVP，溶解于40mL水中，充分分散得到均匀溶液A；

2)将0.02mol氢氧化钠加入均匀溶液A，60℃搅拌0.5小时，得到均匀溶液B；

3)将均匀溶液B置于聚四氟乙烯内衬，再在高压釜中200℃加热10小时；之后离心并用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到产物前驱体产物；

4)将步骤3)得到的前驱体产物，置于马弗炉中，300℃空气煅烧4小时，得到产物ZnCr₂O₄光催化剂，并将其命名为ZnCr₂O₄。

本对比例所获得的ZnCr₂O₄光催化剂的XRD谱图如图3所示，由图3中的曲线可知，在此条件下，合成的ZnCr₂O₄，其(111)和(220)晶面特征峰明显存在。

将上述制备得到的ZnCr₂O₄光催化剂用于光催化合成氨，包括如下步骤：

在可透光的反应装置中加入ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂10mg和30mL超纯水,即电阻率在室温25℃达到18MΩ*cm的水，在避光条件下通氮气体积分数为99.999vol％的高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照1小时。将光照反应完成后的反应溶液离心，取出2mL用离子色谱检测氨含量。

本对比例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图4中所示，其催化合成氨性能达到0.4μmol·g^-1·h^-1。

对比例3

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，步骤同对比例2，不同之处仅在于步骤1)的混合金属前驱体溶液中再加入0.004mol ZnO。

将上述制备的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂用于光催化合成氨，步骤同实施例2，并将得到产物命名为ZnO/ZnCr₂O₄。

本对比例在全光谱照射1小时下，其氨的产量如图4中所示，其催化合成氨性能达到16.6μmol·g^-1·h^-1

对比例4

一种物理混合ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将10mg ZnO和11mg ZnCr₂O₄物理混合，研磨均匀，得到产物，并将其命名为物理混合。

将上述制备得到的物理混合ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂用于光催化合成氨，步骤同实施例2。在全光谱照射1小时下，氨的产量如图4中所示，其催化合成氨性能达到9μmol·g^-1·h^-1。

实施例8-10，对比例5

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，步骤同实施例2。将制得的ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂用于光催化合成氨，步骤同实施例2，不同之处仅在于改变全光谱照射的时间，结果如表2所示。

表2不同ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂催化合成氨得到的氨的产量

实施例编号	光照(分钟)	氨产量(μmol·g-1)
			对比例5	0	0
实施例8	15	6.8
			实施例9	30	16.3
实施例10	45	25.4
			实施例2	60	31.5

由表2可知，在全光谱照射下，氨的产量与光照时间有很大关系。在一定范围内，随着光照时间的增加，得到的氨产量越高；而当光照时间较短时，催化反应刚开始反应，合成氨效率较平缓；当光照时间延长，催化合成氨效率也相应地提高。

对比例6

一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)配制均匀溶液：将0.0375mol六水合氯化锌、0.025mol九水合氯化铬、0.12mol氢氧化钠和0.1mol碳酸钠溶解于120mL水中，充分分散均匀得到均匀溶液；

2)将步骤1)得到的均匀溶液，缓慢滴入20mL纯水中，混匀后得溶液C；

3)将溶液C进行油浴加热，60℃晶化18小时，得到物质X；

4)将步骤4)得到物质X用去离子水洗涤4次后，60℃干燥24小时，研磨，得到前驱体；命名为Zn_1.5Cr₁-LDH-mix。

5)将前驱体置于马弗炉中，500℃空气煅烧2小时，得到产物催化剂，命名为Zn_1.5Cr₁-5-mix。

本对比例所获得的前驱体与实施例1的前驱体的XRD谱图如图5所示，由图5中的曲线可知，在此条件下，合成的Zn_1.5Cr₁-LDH-mix水滑石前驱体结晶度明显增大，说明此条件下合成的前驱体颗粒尺寸相对较大，一定程度上二维纳米材料的比表面积变小，不利于催化活性的提高。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂在光催化合成氨中的应用，其特征在于，所述光催化合成氨为光催化氮气与水反应合成氨，所述应用包括如下步骤：

在可透光的反应装置中将ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂和超纯水混合得到混合溶液，在避光条件下通高纯氮气，开通冷凝水装置，进行全光谱光照10分钟-1小时；

所述ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂按照如下步骤制备得到：

将锌盐、铬盐和水混匀得溶液A；

提供碱性水溶液，记为溶液B；

将溶液A与溶液B同时加入纯水中，混匀后得溶液C；

所述溶液C经晶化、洗涤、干燥，得水滑石纳米片；

将所述水滑石纳米片进行煅烧，得所述ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂；

所述晶化的温度为60-80℃，时间为12-18小时；

所述煅烧的气氛为空气；所述煅烧的温度为500℃，时间为2小时。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱性水溶液中，碱性物质包含氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述溶液A中，锌盐的浓度为0.9375-2.5mol·L^-1，铬盐的浓度为0.625-1.25 mol·L^-1。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱性溶液B的pH维持在10-14。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述混合溶液中，ZnO/ZnCr₂O₄异质结光催化剂的浓度为0.33-0.5 g·L^-1。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述避光通高纯氮气的时长为0.5-1小时。