[發(fā)明專利]一種利用太陽能分解水制氫納米電極制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200710118556.0 | 申請日： | 2007-07-10 |
| 公開（公告）號： | CN101143712A | 公開（公告）日： | 2008-03-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 李景虹;盧鵡;張昊;王庚;陳達(dá) | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學(xué) |
| 主分類號： | C01B3/04 | 分類號： | C01B3/04;B01J21/06;B01J37/00 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 利用 太陽能 分解 水制氫 納米 電極 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光解水納米電極的制備技術(shù)，特別涉及一種利用太陽能分解水制氫納米電極制備方法。
背景技術(shù)
隨著化石類能源諸量的日益減少，尋求一種儲備豐富的新型能源成為人們的迫切需要。氫能因?yàn)槠涓咝Ш蜔o污染等有時被認(rèn)為是未來最理想的二次能源之一。作為制氫的一種高效、常見的方式——水的裂解卻因?yàn)槠湫枰~外的能量，限制了其發(fā)展。隨著對太陽能資源的利用與開發(fā)，能否利用太陽能分解水制氫成為氫的制備領(lǐng)域中的一個研究熱點(diǎn)。太陽能分解水制氫是吸熱反應(yīng)，在地球表面的太陽光子能量分布于紫外、可見或紅外區(qū)，滿足不了水制氫的能量要求，因而很難直接利用太陽能在紫外可見光區(qū)光解水制氫。幸運(yùn)的是，納米材料的光催化、光電化學(xué)池的研究使這一想法成為了現(xiàn)實(shí)。
利用納米材料制作電極，探索利用太陽能直接分解水制氫可能性的研究始于1972年。由于當(dāng)時光能轉(zhuǎn)換效率差而未引起人們的關(guān)注。近年來，太陽能分解水制氫越來越引起了大們的關(guān)注，并取得了顯著的進(jìn)展。Michael?Gratzel等利用高溫氣相裂解的方法，制備了硅摻雜三氧化二鐵納米電極，正四價的硅離子取代了赤鐵礦晶格中的正三價鐵離子，作為電子的有效給體一方面提高了材料的導(dǎo)電性，另一方面降低了空間電荷區(qū)的寬度，在1.23V電勢強(qiáng)度下，光分解效率提高了50％。Parkd等利用二氧化鈦(TiO2)納米管表面電沉積三氧化鎢溶膠(WO3)的方法，通過在二氧化鈦納米管材料表面引入一個界面層，使光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子一空穴激子在界面層有效地分離，結(jié)果光分解效率得到明顯提高。在150mW/cm2光強(qiáng)照射下，最大光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了0.87％。
目前提高太陽能分解水制氫效率的方法主要集中在以下幾個方面：(1)控制材料自身的形貌。控制電極材料的形貌可以有效地提高與電解質(zhì)的接觸面積，從而獲得高的分解效率；(2)離子摻雜。利用離子摻雜可以引入離子缺陷而成為載流子的捕獲阱，延長其壽命。離子尺寸的不同，將使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的畸變，提高了光生電子-空穴分離效果；(3)半導(dǎo)體復(fù)合。不同能級半導(dǎo)體間光生載流子易于分離復(fù)合，催化活性提高，此外，復(fù)合半導(dǎo)體的晶型結(jié)構(gòu)也使光催化活性得到提高；(4)染料敏化。利用光活性物質(zhì)在可見光下有較大的激發(fā)因子的特性，只要活性物質(zhì)激發(fā)態(tài)電勢比半導(dǎo)體導(dǎo)帶電勢更負(fù)，就可能將光生電子輸送到半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶，從而擴(kuò)大激發(fā)波長范圍，增加光催化反應(yīng)的效率；(5)貴金屬沉積。常用的沉積貴金屬主要是第VIII族的Pt、Ag、Ir、Au、Ru、Pd、Rh等。在催化劑的表面沉積適量的貴金屬有利于光生電子和空穴的有效分離以及降低還原反應(yīng)(質(zhì)子的還原、溶解氧的還原)的超電壓，從而大大提高催化劑的活性；(6)加入電子捕獲劑。選用適當(dāng)?shù)碾娮硬东@劑捕獲電子，使電子和空穴的復(fù)合過程受到抑制，提高光催化效率。
總之，同其他制氫方式相比，半導(dǎo)體納米材料做電極直接利用太陽能分解水制備氫能的方法具有所需原材料少，制備方法簡單等優(yōu)勢。可以預(yù)言，一旦目前半導(dǎo)體電極在光轉(zhuǎn)換效率和最大光電壓有所突破的話，太陽能分解水制氫必將在新能源開發(fā)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用太陽能分解水制氫納米電極制備方法。所述太陽能分解水制氫納米電極是利用TiO2納米微球制備的多層半導(dǎo)體復(fù)合光陽極。包括以下兩個步驟；
1)合成TiO2納米微球
2)制備TiO2多層復(fù)合電極；
所述TiO2納米微球的合成：
將1.4g鈦鹽加入到30ml去離子水中，然后按照表面修飾劑與鈦鹽的摩爾比1-2∶1加入表面修飾劑，在充分?jǐn)嚢韬螅蛏鲜鋈芤褐幸来渭尤?0ml30wt％的過氧化物及2ml酸，然后把所得紅褐色溶液轉(zhuǎn)移到70ml聚四氟乙烯內(nèi)膽的水熱釜中，封緊釜蓋在100-150℃的烘箱中反應(yīng)12h。反應(yīng)釜冷卻到室溫后，將得到的白色沉淀，經(jīng)過濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌，最后將反應(yīng)產(chǎn)物裝在瓷蒸鍋中，直接在馬弗爐中于300-400℃加熱0.5-2小時，得到TiO2納米微球。
所述TiO2多層復(fù)合電極制備
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