一种用于电催化尿素合成的In2O3和Cu3Mo2O9异质结催化剂及其制备方法与应用

本发明属于储能材料电催化领域，具体涉及一种用于电催化尿素合成的in2o3和cu3mo2o9异质结催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、不可再生资源的持续消耗引发了二氧化碳排放激增、全球气候变化与环境恶化等一系列严峻问题，同时面临着资源枯竭的潜在危机。在此背景下，开发清洁、经济、高效的可再生能源转化技术已成为实现可持续发展的必然选择。尿素（co(nh2)2）作为重要的基础化工原料，不仅因其含氮量高（46%）而被广泛用作农业生产中不可或缺的氮肥，也是制备三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂及医药中间体等高附加值产品的关键前体。因此，发展绿色、低能耗的尿素合成新路线对保障粮食安全与化工产业转型具有重要意义。

2、传统的工业尿素合成依赖高能耗、高排放的bosch-meiser结合后续化工过程，亟须向低碳路径转型。电催化技术能够利用可再生能源驱动的电能，在温和条件下将二氧化碳（co2）与硝酸盐转化为尿素，为绿色合成提供了富有前景的替代方案。在众多电催化材料中，钼酸铜材料因其结构中铜与钼活性位点之间的协同作用，不仅对co2具有良好的活化能力，还对含氮物种具有优异的还原特性，展现出高效c–n耦合合成尿素的巨大潜力。但由于硝酸根还原和二氧化碳还原中副反应竞争激烈，钼酸铜催化剂对于尿素电合成在常温常压下对于尿素电合成的产率和法拉第效率不高，因此，通过对钼酸铜材料进行改性，开发一种在常温常压下能高效尿素电合成的催化剂显得尤为必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有用于电催化一氧化氮合成氨的催化剂普遍存在常温常压下催化活性不高，产率和法拉第效率不高的技术问题，而提供了一种用于电催化一氧化氮还原合成氨的氧化铟/钼酸铜二元异质结催化剂。

2、本发明的目的之一在于提供一种氧化铟/钼酸铜二元异质结材料的制备方法，所述方法按以下步骤进行：

3、s1：向去离子水和乙二醇混合溶液中加入醋酸铜和钼酸钠，搅拌一定时间后，向上述溶液中加入乙酸钠和聚乙烯吡咯烷酮，在室温下搅拌一定时间，得到溶液a；

4、s2：将溶液a加入至100ml反应釜，在180℃条件下加热5h，然后冷却、洗涤、离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3遍，将得到的固体真空烘箱干燥12h；

5、s3：将干燥完成的样品研磨以后加入马弗炉，在600℃条件下焙烧2h，自然降温后得到钼酸铜催化剂。

6、s4：将一定量的钼酸铜催化剂溶于去离子水和乙二醇的混合溶液，并加入一定量的硫酸铟，搅拌一定时间后，向上述溶液中加入乙酸钠和聚乙烯吡咯烷酮，在室温下搅拌一定时间后，得到溶液b；

7、s5：将溶液b加入至100ml反应釜，在180℃条件下加热5h，然后冷却、洗涤、离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3遍，将得到的固体真空烘箱干燥12h；

8、s6：将干燥完成的样品研磨以后加入马弗炉，在600℃条件下焙烧2h，自然降温后得到氧化铟/钼酸铜二元异质结催化剂。

9、进一步限定，s1中醋酸铜的量为1mmol，钼酸钠的量为1mmol；

10、进一步限定，s1和s4中的混合溶液，去离子水和乙二醇的体积分别是25ml和15ml；

11、进一步限定，s1和s4中去搅拌的速率为11000r/min，搅拌时间为30min；

12、进一步限定，s2和s5中离心时间为5分钟，转速为11000r/min，需要抽真空干燥，避免金属催化剂前驱体被氧化；干燥温度为60℃，干燥时间为12h；

13、进一步限定，s3和s6中干燥得到的固体催化剂前驱体需要研磨至200目左右；

14、进一步限定，s3和s6中升温速率为4℃/min，加热至600℃后保持2h，随后自然降温；

15、进一步限定，s4中硫酸铟的量为0.05、0.10和0.15mmol；

16、进一步限定，本发明制备得到的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料，其特征在于，它为具有氧化铟和钼酸铜的异质结复合物。

17、本发明的目的之二在于本发明制备得到的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料，其为具有氧化铟和钼酸铜的异质结复合物。

18、进一步限定，本发明制备得到的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料在电催化尿素合成的应用。

19、本发明的目的之三在于提供一种按上述方法制得的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料在电催化尿素合成中的应用。

20、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

21、（1）本发明拟采用两步法构建氧化铟/钼酸铜异质结。首先，通过溶剂热法等方式可控制备出特定形貌的钼酸铜催化剂，作为反应前驱体。随后，将制备得到的钼酸铜催化剂溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中，加入一定量的硫酸铟，利用相同的溶剂热条件，制备出不同in2o3负载量的氧化铟/钼酸铜异质结催化剂。通过系统调控溶剂热的温度、时间及氧化铟与钼酸铜的比例，控制氧化铟/钼酸铜异质结的界面接触面积，构筑出具有最优几何结构与电子结构的催化剂。

22、（2）本发明提供的方法能够合成具有优异电催化尿素合成性能的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料，将其作为催化剂应用于电催化尿素合成中，具有优异的尿素产率和法拉第效率。

1.一种氧化铟/钼酸铜二元异质结材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中醋酸铜的量为1mmol，钼酸钠的量为1mmol。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1和s4中去离子水和乙二醇的混合溶液，去离子水和乙二醇的体积分别是25ml和15ml。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1和s4中去搅拌的速率为11000r/min，搅拌时间为30min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2和s5中离心时间为5分钟，转速为11000r/min，需要抽真空干燥，避免金属催化剂前驱体被氧化；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3和s6中干燥得到的固体催化剂前驱体需要研磨至200目左右。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3和s6中升温速率为4℃/min，加热至600℃后保持2h，随后自然降温。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4中硫酸铟的量为0.05、0.10和0.15mmol。

9.权利要求1-8任一项所述的方法制得的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料，其特征在于，它为具有氧化铟和钼酸铜的异质结复合物。

10.权利要求1-8任一项所述的方法制得的氧化铟/钼酸铜二元异质结材料在电催化尿素合成的应用。