[發明專利]制氫用的碳化硅納米線催化劑的制備方法及其用途

無效

• 申請號: 200810062735.1
• 申請日: 2008-07-01
• 公開（公告）號: CN101306379A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 陳建軍;潘頤;林晶;王耐艷;金達萊;高林輝
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01J27/224
• 分類號: B01J27/224;C23C16/42;C23C16/32;C01B3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種制氫用的碳化硅納米線催化劑的制備方法及其用途。

背景技術

通過半導體光催化分解水制氫，將太陽能轉化為化學能，其美好的應用前景使這一領域的研究越來越引起人們的重視。特別是自Fujishima在n型半導體TiO₂電極上發現水的光電催化分解作用以來(Nature，1972，238：37-38)，TiO₂、ZnO、RuS₂、復合半導體和鉭酸鹽等半導體光催化劑受到人們的極大關注并得到廣泛的研究(Nature，2001，414：625-627；J.Photochem.Photobiol.，A：Chemistry，1997，108：1-35)。具有高量子效率、能充分利用太陽能的高活性光催化劑的制備與應用已成為材料學、化學和環境科學等領域廣泛關注和研究的熱點課題。盡管金屬摻雜的TiO₂，BiVO₄以及In_1-xNi_xTaO₄等用于光解水制氫已有報道，但它們中大多數只能在紫外光激發下顯示較低的催化活性。這是因為材料本身的禁帶寬度太大，激發光催化反應需要較高的能量，并且高溫焙燒導致催化劑的比表面積較小，光子利用效率不高。總之，半導體光催化分解水制氫的實際應用還有很多工作尚待進行，進一步開發研制具有特殊結構的新型光催化劑，深入探討納米半導體材料光催化機理對于太陽能光催化產氫等方面的實際應用具有非常重要的意義。

SiC納米線作為一種新型光催化材料，其降解有機物的研究剛剛起步，光解水的研究少有報道。上海交通大學張亞飛研究小組發現SiC納米線對乙醛氣體具有良好的光催化降解性能，并借鑒TiO₂的光催化機理解釋了SiC納米線的光催化性能(Appl.Phys.Lett.，2006，89：013105-013107)。法國學者Gaby?Ehret研究小組^[6]也報到了SiC納米管具有催化分解H₂S的能力(J.Catal.，2001，200：400-410)。SiC納米線催化分解水制氫新型光催化材料的制備及其性能研究具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制氫用的碳化硅納米線催化劑的制備方法及其用途。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種制氫用的碳化硅納米線催化劑的制備方法：

將摩爾比為1∶1的硅粉與二氧化硅混合均勻置于石墨坩堝底部，在硅粉與二氧化硅混合物的表面鋪上碳納米管粉體，在石墨坩鍋上蓋上石墨片做的蓋子，放入高溫真空燒結爐中，抽真空至10～10^-3Pa，充入氬氣保護，加熱到1100～1600℃，并在此溫度保溫1～10小時，保溫結束后關掉加熱電源，在循環水冷卻的情況下使爐子自然冷卻至常溫，打開燒結爐取出試樣，發現坩堝內部的黑色碳納米管變成了一層淡綠色產物。

二、一種制氫用的碳化硅納米線催化劑的用途：

采用硅粉、二氧化硅粉和碳納米管為原料制備SiC納米線，采用濃硝酸體積百分比為10％～60％的氫氟酸和濃硝酸混合液腐蝕后的SiC納米線與水混合制備氫氣，混合液與SiC納米線的質量比為100～10。

同背景技術比本發明具有的有益效果是：

1)本發明的催化劑，SiC具有理想的帶隙：依賴于Si-C雙原子層的密排堆積順序，SiC同質多型體主要表現為閃鋅礦結構、纖維鋅礦結構和菱形結構。SiC所有同質多型體有著十分相似的結構，它們都是由垂直于軸線的完全相同的層組成，只是相同層的堆積次序不同導致在c軸方向上每一種結構有著各自的重復周期。當Si-C雙原子層的堆積次序為ABC...時，形成了具有閃鋅礦結構的3C-SiC(帶隙E_g＝2.39eV)；當Si-C雙原子層的堆積次序為ABCB...和ABCACB...時，形成具有纖鋅礦結構的4H-SiC(帶隙E_g＝3.26eV)和6H-SiC(帶隙E_g＝3.02eV)。

2)導帶底主要由Si的3s軌道構成，價帶頂主要由C的2p軌道構成，導帶電位比氫電極電位E_H+/H2稍負，而價帶電位則應比氧電極電位E_O2/H2O稍正，滿足光解水的熱力學要求。